过冷雨水低含量条件下冰雹形成和增长机制及其催化效果的数值模拟

摘要

利用中国科学院大气物理研究所开发的三维全弹性冰雹云模式, 对美国对流降水协作试验 (CCOPE) 期间观测的1981年8月1日雹云进行模拟, 讨论在过冷雨水低含量条件下冰雹形成和增长机制及其碘化银催化效果.结果表明: (1) 自然云的模拟与观测事实一致, 如最大上升气流速度、云顶高度、流场结构以及雹胚组成等.(2) 雹胚以霰为主, 霰主要来自冰雪晶与过冷小水滴的碰冻, 其次来自雪的积聚转化; 霰、冻滴和冰雹在形成后主要靠碰并过冷云水增长.(3) 人工催化试验表明, 碘化银主要以凝华核 (包括凝结-冻结) 的作用产生大量的人工冰晶, 加速了过冷水向冰晶的转化, 过冷云水因而大量减少; 催化后霰和冻滴的数浓度增大, 对过冷云水的竞争增强, 其平均尺度减小导致转化成雹的数量减少; 冰雹碰冻过冷云水的增长在催化后也被削弱, 导致冰雹总质量进一步减少.此外, 催化后降雨量也显著减少.