降水过程中云微物理特征及其演变研究

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基于CloudSat卫星数据,以云层液态水路径为标准划分层积云的发展阶段,以冰水路径为标准划分深对流云的发展阶段,分析云层发展过程中云微物理特征的演变。并使用WRF模式对典型降水过程进行模拟,研究降水峰值前后云微物理特征的变化,探究了云的生命史和云中降水形成机制,并为典型降水过程的模式模拟研究提供了新的思路,研究结果表明:层积云微物理量量值在降水云中大于非降水云。非降水层积云中云滴增长主要源自凝结过程,但凝结增长有限,在非降水层积云发展后期,云层中上部出现较弱的碰并增长。降水层积云中,凝结和碰并过程同时发生,但碰并过程对云滴增长更为重要。在降水层积云发展初期,云滴从云顶下落至云底的过程中持续发生碰并,到降水层积云发展后期,碰并过程主要发生在云层中上部,云微物理量随高度先增加后减小,最大值出现在云层中下部。在深对流云发展过程中,云滴不断转化为雨滴和冰晶粒子,云中雨水形成高度逐渐升高,深对流云逐渐由云液态水占主导转换为云冰水占主导。深对流云中冰粒子和云水含量最大值出现在云中4.0-8.0km的混合层内,云中Bergeron过程、碰并和凇附增长显著,云水、雨水和云冰之间的转换最为活跃,雨强最大。层积云和深对流云中云微物理量的垂直分布特征在海陆上空差异较小,云微物理量的海陆差异主要表现在其量值上,这是由海陆上空气溶胶浓度、水汽含量和上升运动强度不同导致的。论文进一步使用WRF模式,选取不同云微物理方案对台风Bolaven降水过程进行模拟,用CloudSat观测结果对模式模拟的云参数进行检验,并选取其中较好的模拟结果,以网格点降水达到峰值(Pmax)时刻为标准,对降水网格点进行合成,研究Pmax时刻前后云微物理特征的变化。结果表明,云微物理量垂直分布的演变与云中上升运动的变化关系密切,在Pmax时刻前4小时,上升运动最强,水汽被输送至高空冻结成云冰并转换为霰,霰融化为雨水,成为降水增强阶段雨水的主要来源。之后,强上升运动分布高度逐渐降低,云水混合比含量增加,雨水碰并云水生成雨水过程逐渐增强。在Pmax时刻后约三小时内,云水混合比含量始终维持在较高值,云水不断被雨水碰并,使Pmax时刻后降水减弱的速度较降水增强速度更慢。在Pmax时刻之后,霰融化过程迅速减弱,雨水碰并云水过程成为降水减弱阶段地面降水的主要来源,且该过程是影响地面降水强度的主要云微物理过程。
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