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基于粒子分档技术的云模式研究

刘晓莉

   在一维层状云雨滴分档模式中,加入冰晶繁生过程,研究了冰晶繁生过程对层状云降水的影响;进行碘化银和液态二氧化碳催化数值试验,研究层状云催化后过冷水的分布与演变规律。结果表明:(1)模式云被催化后,云中过冷水在200min表现出恢复趋势,云中水汽对过冷水的恢复过程作出了贡献;(2)在过冷水较多的区域播撒液态二氧化碳可以取得较好的催化效率。 在三维完全弹性冰雹云参数化模式动力框架和二维面对称分档模式(微物理过程分档处理)的基础上,建立粒子全分档的三维对流云分档模式。利用建立的分档模式对2000年6月29日美国堪萨斯州的一次超级单体风暴进行了模拟,并将模拟结果与三维冰雹云参数化模式的模拟结果作了对比。结果表明:分档模式可以较好的模拟出强对流云中两支上升气流,模拟得到的最大上升气流速度大于参数化模式;分档模式模拟得到的雷达回波强度、顶高和回波宽度与实测接近;参数化模式模拟得到的回波强度较弱,回波高度较低,宽度相对较窄。 利用微物理过程分档处理的三维对流云分档模式进一步模拟了初始时刻不同的湿度扰动、位温扰动和气溶胶浓度变化对对流云发展的影响。随着初始时刻低层相对湿度的增大,模拟云中的上升气流速度极大值增大,极大值出现的时间提早,高度升高。模拟云中液水含量和液滴浓度的极大值也随着初始时刻相对湿度的增大而增大。相对湿度的增大导致模拟云中液滴质量分布函数与直径增大,进而促进云中霰粒的形成和增长。 模拟云中的垂直上升气流、液水含量和液滴数浓度均随着位温扰动的增大而增大,当位温扰动为2.5℃时,最大上升气流达到41.7m s~(-1),液水含量和液滴数浓度达到9.6g kg~(-1)和626.2cm~(-3)。 模拟云中气溶胶浓度的总体增大使得云中最大上升气流、液水含量、液滴浓度和雷达回波极大值增大。气溶胶浓度的整体减少导致液滴浓度极大值减小,液水含量极大值增加。半径大于0.04μm和小于0.04μm的气溶胶数浓度的增大导致模拟云中液滴浓度和液水含量的极大值均增大。气溶胶数浓度整体增大,阻碍了云中霰粒和大液滴的形成。气溶胶数浓度整体减少时,在模拟云的形成、发展阶段产生的液滴直径相对较大,但是质量分布函数总体减少,依然不利于云中霰粒的形成。相对于半径大于0.04μm的气溶胶,半径小于0.04μm的气溶胶数浓度对液滴直径和质量分布函数的影响,特别是对40min时霰粒融化产生液滴的质量分布函数的影响更为显著。……   
[关键词]:微物理过程分档;层状云;三维对流云分档模式;数值模拟;初始扰动
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:南京信息工程大学2007年
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