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华北地区积层混合云降水数值模拟和人工增雨概念模型研究

林磊

  积层混合云我国的主要降水云系之一,是由大范围的层状云以及嵌在其中的对流云组成的云系,该云系有着稳定丰富的云水资源。积层混合云有自身特有的云系结构,动力特征和微物理特征也与一般层云、积云不同。研究华北地区积层混合云系有利于对该云系的降水过程有更深入的了解,也能为该云系人工增雨作业有一定的理论指导。 本文主要由如下五部分内容构成:首先,主要对近几年来各地区各类的积层混合云系的观测研究和数值模拟研究作较为系统的回顾;其次,对本文所用到的中尺度数值模式WRF ARW及对流云参数化方案和微物理参数化方案作简要的介绍;第三部分,对2009年4月18日华北地区的一次冷锋型积层混合云系降水利用WRF ARW模式进行模拟,对实况的天气形势和雷达反射率及垂直剖面进行分析,并通过垂直剖面对其积层混合云的流场结构概念图进行分析,通过分析云中各要素的分布,进一步研究积层混合云系的微物理特征和动力特征,对此次积层混合云降水机制进行探讨;第四部分,对2010年4月20日华北地区的一次低槽型的积层混合云系降水过程进行研究,对其天气实况、环流形势、水汽条件、卫星云图进行分析,用合适的参数化方案对此次过程进行模拟,选择合适的垂直剖面,分析云中各水成物分布及动力场情况,进一步对积层混合云系的微物理特征、动力特征及降水机制进行研究;最后,结合这两次个例及“十一五”期间华北地区其他的观测和数值模拟研究结果,对积层混合云系进行分类,并得出华北地区积层混合云降水云系人工增雨的概念模型。 通过对两次个例的研究发现,高层槽前、中层切变线、地面锋面的这种配置易于形成冷锋型积层混合云降水,而高层、中层都位于槽前,导致区域内上升运动强烈,加上水汽条件充足,配合对流不稳定,这种配置利于低槽型积层混合云降水过程。积层混合云系降水和一般的层云降水不同,结合了积云降水和层状云降水的各自特点,均匀的回波层中镶嵌着柱状对流云回波,降水分布不均匀。雷达剖面能够很好地反应出积层混合云相互跨接粘连的结构,大片层状云区域中镶嵌了几个对流云区域。从云系结构的变化看,积层混合云是由对流云和层状云之间相互粘连跨接形成,然后水平方向各对流云之间相互并合并充分混合,几个对流云回波中心相互并合形成一个较大的对流回波中心。积层混合云的水凝物含水量分布不均匀,雨水的大值中心、云水的大值中心及霰、冰晶的大值区相互对应,存在“播撒—供给”机制,降水云系中暖云降水机制也发挥了作用。从动力场来看,积层混合云系不仅在对流中心存在上升气流,而且在对流泡旁侧有弱的下沉气流,这样的一个流场维持了积层混合云稳定发展,云区低层存在辐合,高层存在辐散。此种配置有利于维持云系的发展。900hPa及近地面CAPE较大,而云区的CAPE并不是很大,说明在积层混合云系中,热对流不是积层混合云系中维持云系发展的主要因素。积层混合云不仅在层状云区有层状云的简单的“播撒—供给”机制,或在积状云区有粒子群的循环增长机制,而且可以发生层云—积云间的粒子群交换。华北地区的积层混合云可分为三种典型类型:开式流场型积层混合云,积层连结型积层混合云,水平混合型积层混合云。结合云中的流场、温湿场结构、粒子群的量、浓度及相态等的分布,人工增雨催化剂最佳播撒区域是在积状云的入流上升区,或是层状云和积状云的连接区域,或是对流泡的入流区,并且区域必须是-5~-10℃过冷水丰沛区域。……   
[关键词]:华北地区;积层混合云;中尺度数值模式
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:中国气象科学研究院2011年
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