浙江两次雹云天气过程及冰核参数化方案对其影响的数值研究

摘要

本文利用常规高空、地面观测资料和多普勒雷达资料，采用中尺度数值模式(WRFv3.4)，对发生在浙江省2009年（个例09）和2014年（个例14）的两次冰雹天气过程进行了综合分析和数值模拟。从冰雹天气过程的背景场、发生条件，雹云流场结构和微物理特征的时空变化等方面探讨了两次冰雹过程的宏微观演变特征及冰雹增长机制的不同。同时，比较了六种冰核参数化方案对雹云宏微观结构和地面降水的影响。结果表明:
　　模式模拟的大气层结、地面降水和雷达回波等均能较好的再现两次冰雹天气过程的发展演变特征，表明模拟结果可信。两次个例均在动、热力不稳定的环境场和上干下湿的不稳定层结下发生。中低层辐合系统、不稳定层结、水汽条件和触发机制等的差异造成雹云演变、云内气流场和微物理结构的不同。个例14属中尺度对流系统中镶嵌的强单体冰雹云，其上升速度、垂直风切变和回波顶高等均大于个例09的多单体冰雹云，生命史4h（长于个例09）。两次个例冰雹的形成增长机制存在差异，个例09因上升气流中心高度接近0℃层(4km)，且过冷雨水含量中心在其上方，冰雹增长主要依赖过冷雨水累积带。而个例14的冰雹形成于倾斜上升气流转向处右侧的胚胎帘。因垂直上升速度和上升气流中心(8km)明显高于个例09，冰雹被带入更高的高空充分碰并过冷云滴和冰雪晶增长。
　　对比不同冰核参数化方案的模拟结果，发现冰核浓度改变对地面降雹的影响强于地面降雨，降雹在落区、强度、降雹次数和分布上均存在明显差异。冰核浓度改变造成云中水成物粒子不同程度的变化。冰核浓度改变直接影响冰晶，进而影响其他水成物粒子的时空分布及云中的热、动力结构。冰核越多，初始冰晶越多、比含水量越大。冰核浓度改变，在雹云的不同阶段产生的影响也有差异。雹云发展和成熟阶段前期，冰核浓度增多，大量冰晶争食水汽，同时水汽的消耗抑制云中环境过饱和度的增加，阻止冰晶长大并减缓其向雪晶的转化，这种间接效应对雪、雹胚（霰）的形成和增长有一定的抑制作用。后期云中上升气流增强，将更多的过冷水输送到零度层以上，冰雹有更充足的时间碰并冰雪晶和过冷水滴增长，冰核浓度增多对冰雹增长有利。但在雹云强度非常强，水汽和冰核足够多的情况下，该间接效应相对弱化。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 研究目的及意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 冰雹天气的观测研究

1．2．2 冰雹天气的数值模拟研究

1．2．3 冰核对强对流云及降水的影响

1．2．4 冰核参数化方案研究

第二章 数值模式及冰核参数化方案介绍

2．1 数值模式

2．1．1 模式简介

2．1．2 云微物理方案

2．1．3 NSSL双参数方案

2．1．4 NSSL方案中的冰晶核化过程

2．2 冰核参数化方案介绍

第三章 浙江两次冰雹天气过程的数值模拟

3．1 “个例09”冰雹天气过程的数值模拟

3．1．1 实况简介

3．1．2 环流形势

3．1．3 模拟方案设计

3．1．4 模拟结果与实况对比

3．1．5 冰雹天气发生条件

3．2 “个例14”冰雹天气过程的数值模拟

3．2．1 实况简介

3．2．2 环流形势

3．2．3 模拟方案设计

3．2．4 模拟结果与实况对比

3．2．5 冰雹天气发生条件

3．3 两次冰雹天气过程的对比分析

3．3．1 环流形势对比

3．3．2 大气层结对比

3．3．3 冰雹天气发生条件对比

3．4 本章小结

第四章 浙江两次冰雹天气过程的雹云演变特征

4．1 “个例09”雹云演变及微物理结构

4．1．1 气流结构

4．1．2 雹云演变

4．1．3 各类水成物分布特征

4．2 “个例14”雹云演变及微物理结构

4．2．1 气流结构

4．2．2 雹云演变

4．2．3 各类水成物分布特征

4．3 两次过程雹云流场结构和微物理特征对比

4．4 本章小结

第五章 不同冰核参数化方案对雹云及降水的影响

5．1 不同冰核参数化方案对地面降水的模拟结果对比

5．1．1 地面累积降雨量对比

5．1．2 地面累积降雹量对比分析

5．2 不同冰核参数化方案对冰晶时空分布的影响

5．2．1 对初始冰晶时空分布的影响

5．2．2 对冰晶垂直分布的影响

5．3 不同冰核参数化方案对其他水成物粒子时空分布的影响

5．3．1 对雪晶时空分布特征的影响

5．3．2 对云水和雨水时空分布特征的影响

5．3．3 对雹胚(霰)和雹时空分布特征的影响

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 结论

6．2 本文特色

6．3 研究展望

参考文献

个人简介

致谢