冰晶增长参数化方案评估：四个降水个例的模拟研究

摘要

本文基于二维云分辨模式，分别采用Hsie et al.(1980)，Krueger et al.(1995)，Zenget al.(2008)和Shen et al.(2014)四种冰晶增长参数化方案，模拟热带到中纬度地区的四个降水个例。通过云降水收支、云的微物理过程和热量收支分析，评估四种参数化方案对降水、水凝物、云的微物理过程和热量变化的影响。研究发现:(1) Shen方案模拟的时间-区域平均降水率与观测值更加接近。与高冰核浓度的Zeng方案相比，Shen方案减少了雨滴收集云滴造成的雨滴增长和云滴到冰滴的凝结增长，导致总的水凝物丢失减少。与Hsie，Krueger和中低冰核浓度的Zeng方案相比，Shen方案通过减少水汽净凝结和水凝物丢失得到较好地平均降水率模拟。(2)高冰核浓度的Zeng方案产生异常增多的冰滴模拟，Shen方案通过减少过饱和水汽凝华成冰滴和云滴到冰滴的凝结增长，削减了异常增多的冰滴模拟。高冰核浓度的Zeng方案和Shen方案引起对流层中上层辐射加热增多，这与它们模拟的冰滴在对流层中上层大量增多有关。(3)高冰核浓度设置的Zeng方案导致模拟区域-平均的局地温度变化在对流层上层出现异常减小值，这与它在热带个例中导致垂直热量通量辐合减少和在中纬度个例中导致凝结加热减少有关。尽管高冰核浓度的Zeng方案相比其他方案引起质量加权平均的辐射加热增多，但是它在热带个例中引起地表感热通量减少和在中纬度个例中引起潜热加热减少，最终导致四种参数化方案计算的模拟区域-质量加权平均的局地温度变化基本一致。

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致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景

1．1．1 冰晶增长对云和降水的影响

1．1．2 冰云的微物理效应和辐射效应

1．1．3 冰晶增长对气候变化的影响

1．2 冰晶增长参数化方案的研究现状

1．3 评估冰晶增长参数化方案的重要意义

1．4 研究的内容、目标和创新点

2 二维云分辨模式和冰晶增长参数化方案

2．1 二维云分辨模式介绍

2．1．1 模式的发展与应用

2．1．2 模式的基本设置

2．1．3 选用二维云分辨模式的原因

2．2 四种冰晶增长参数化方案

2．2．1 活化泳核浓度方程

2．2．2 Hsie(1980)，Krueger(1995)，Zeng(2008)和Shen(2014)冰晶增长参数化方案

3 降水个例和数据说明

3．1 热带到中纬度地区的四个降水个例

3．1．1 四个降水个例的基本信息

3．1．2 模拟区域和模式积分时间

3．1．3 选用上述降水个例的原因

3．2 数据说明

3．2．1 大尺度强迫数据和初值

3．2．2 降水观测数据

4 对降水的模拟和评估

4．1 大尺度强迫的垂直速度和纬向速度

4．2 时间-区域平均降水率的模拟

4．3 云降水收支分析

4．4 本章小结

5 对云中水凝物的模拟和评估

5．1 云中水凝物的模拟

5．1．1 总的水凝物的模拟

5．1．2 液态和固态水凝物的模拟

5．1．3 冰滴、雪和霰的模拟

5．2 云的微物理过程

5．2．1 云的微物理过程分析

5．2．2 冰滴收支分析

5．3 本章小结

6 对热量收支的影响

6．1 模拟区域-平均的热量收支

6．2 模拟区域-质量加权平均的热量收支

6．3 本章小结

7 结论与讨论

参考文献

作者简历