一次梅雨锋暴雨过程数值模拟的云微物理参数化敏感性研究

摘要

梅雨锋暴雨中的云微物理过程对降水的演变有着重要影响.本文通过WRF模式(3.4.1版本),针对2018年6月29～30日一次梅雨锋背景下的暴雨过程进行数值模拟,分别采用了Morrison、Thompson和MY云微物理参数化方案进行对比分析,结果发现:(1)三个方案模拟的背景场在天气尺度上,都与ERA5再分析资料一致,能够模拟出有利于强降水发生的环流场.云微物理过程对梅雨期暴雨的局地环流有着显著影响,不同方案存在明显差异,本次过程中,Thompson方案模拟出更强的局地环流系统变率和上升气流.三个方案的模拟降水均有所夸大,小时降水率始终大于观测值.冰相粒子融化或雨滴搜集云滴的高估可能是造成降水模拟值偏强的重要原因之一,总体来看,Morrison方案的模拟效果相对最优.(2)冰相粒子融化、雨滴搜集云滴是雨滴增长的关键源项,蒸发则是其最重要的汇项.总的来说,雨滴对云滴的搜集量大于冰相粒子融化.但上述过程在不同方案中存在空间上的差异,从而使得模拟降水的空间分布存在差异.(3)Thompson方案中,冰相粒子融化量最大,雨滴蒸发项显著大于其它两个方案,在底层表现得最为明显.同时,该方案水汽凝结效应最强,使得雨滴搜集更多云滴.该方案模拟的雨滴最多,降水最强.该方案中凝华的主要产物为雪,且其在与过冷水碰并增长过程中占主导地位,故模拟的雪最多.(4)Morrison方案中,水汽主要凝华为雪和少量霰(冰晶忽略不计);Thompson方案中水汽基本凝华为雪,其它冰相粒子极少;MY方案中,水汽主要凝华为雪和冰晶,冰晶总量略少于雪,但显著大于其它方案.(5)云滴在凇附过程中的总体贡献大于雨滴.Morrison和MY方案中,霰粒子搜集云滴增长的量均最大.Morrison方案中,其它凇附过程不同程度发挥作用,而MY方案中,其它凇附过程几乎可忽略不计.并且,霰粒子搜集云滴的增长量大于凝华过程产生的雪粒子总量.贝吉龙及凇附效应的差异,是不同方案中冰相粒子分布差异的关键原因之一.