双参数微物理方案的冰相过程模拟及冰核数浓度的影响试验

摘要

利用耦合Morrison 2-mon (MOR)双参数微物理方案的中尺度天气研究与预报模式(WRF)中的单气柱模式,对热带暖池国际云试验(TWP-ICE)期间的个例进行数值模拟.通过与观测资料和云分辨率模式的模拟结果进行对比,检验MOR方案对热带对流云系的微物理特征的模拟能力.模拟结果显示:MOR方案能够较好地模拟出热带云系中液相和冰相水凝物的垂直分布以及随时间的演变特征.地表向下长波辐射和大气顶向外长波辐射的量级和时间演变趋势同观测也非常接近.对与冰晶和雪有关的云微物理特征分析之后发现:季风活跃期,冰晶主要的源汇项有凝华增长过程、沉降过程、冰晶向雪的自动转化以及冰晶被雪碰并的过程.由于冰晶主体位于温度低于-20°C的高空,因而它对雨水的形成主要是间接贡献.同时期雪的主要源汇项中,凝华增长和沉降过程占据着主导地位.雪的凝华过程消耗了大量的水汽,可能抑制了冰晶的增长.另外雪的融化过程非常强盛,是产生降水的重要因子.季风抑制期,冰相的微物理过程变得相对简单且整体削弱,以凝华升华和沉降过程为主.凝华凝冻核的数浓度(Ndep)的气溶胶敏感性试验表明:季风抑制期,高空的冰晶云的宏观和微观性质对凝华凝冻核数浓度的响应情况呈现显著的线性特征.冰晶的含量随着Ndep的增加而增加,反之降低.该时期微物理过程主要同冰晶有关,水分的分配较为简单,Ndep增加时,高空冰云中小冰晶粒子数目增多且云项升高,使得大气顶部向外长波辐射(OLR)值减小,反之冰云主体中冰晶有效半径增加,高空的冰云更加透明,云顶更低,对OLR值增加起促进作用.而季风活跃期,微物理过程复杂,冰晶云的宏微观特征对Ndep的响应表现出一定的不规律特征.