浅对流宏微观物理量影响因子的大涡模拟研究

来源 :南京信息工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:woshiliuning
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
浅对流云在大气的动力和热力过程中起到了至关重要的作用,但是目前对浅对流宏微观物理量影响因子的理论认识仍然很不充分,尤其是与云滴谱离散度相关的过程以及气溶胶的作用。本文利用大涡模式(WRF-LES)和分档微物理方案(SBM)对1995年SCMS95(Small Cumulus Microphysics Study 1995)观测项目中一次飞机观测的浅对流云系进行了模拟,并研究了浅对流宏微观物理量的影响因子。主要结论如下:(1)揭示了影响浅对流中云滴谱离散度的因子。首先,对比了模拟和观测中液水位温、云和环境中的水汽混合比及云水混合比,验证了模拟的可靠性。其次,模拟结果表明,离散度与垂直速度、绝热程度之间的关系均呈负相关关系。正垂直速度越大,过饱和度越大,云滴谱越窄,离散度越小。较大的绝热程度意味着卷入云中的干空气少,云受蒸发的影响小,因此云滴谱较窄。而且,从云的边缘到核心,夹卷的影响逐渐减弱,离散度也减小。再次,离散度与垂直速度、绝热程度之间的负相关关系在云底较弱,后随着高度的增加先增加后减小。云底附近相关性较弱的原因是:一方面,较大的垂直速度导致液滴活化,离散度增大;另一方面,较大的垂直速度也通过增加过饱和度来减小离散度。研究结果将有助于改进模式中与离散度有关的参数化方案(如云水自动转化和有效半径的参数化等)。(2)探明了气溶胶浓度对浅对流宏微观物理量的影响,尤其是对云滴谱离散度的影响。在宏观方面,随着气溶胶浓度的增大,云中平均垂直速度增大,主要是因为云滴半径减小,蒸发加快,浅对流的云量(尤其是下沉气流的面积)减小,上升气流的占比增大。云绝热程度随着气溶胶浓度的增大而增大,云中的夹卷蒸发作用逐渐减弱,这与云中的平均垂直速度增大有关。在微物理方面,云滴谱平均半径和标准差都随气溶胶浓度的增大而减小。云滴谱离散度总体呈现减小的趋势,这是由于云滴谱离散度和垂直速度、绝热程度都呈负相关关系。当云的平均垂直速度和绝热程度都随气溶胶浓度增大而增大时,凝结作用增强,夹卷作用减弱,离散度减小。
其他文献
本文利用NCEP/NCAR再分析资料,基于南支槽的客观识别方法,识别了1981-2015年冬半年(11月-次年4月)500 hPa上南支槽,主要分析冬季(1月)南支槽气候特征及其对青藏高原(以下简称高原)环流上影响。将冬季南支槽以80°E为界,分为东部型南支槽和西部型南支槽,对两种类型南支槽的结构特征做对比分析。利用站点降水资料分析了南支槽对西藏降水影响,并针对3次南支槽背景下西藏西南部暴雪过程进
本文基于1979-2018年ERA-Interim 330 K等熵面的位势涡度(PV)逐日资料,采用改进的Rossby波破碎(RWB)识别方法,统计分析了北半球温带不同类型、不同季节、不同区域的RWB事件特征。针对不同类型的RWB典型事件,通过Hysplit4轨迹分析,讨论了不同个例中的高、低PV舌区粒子的输送路径及波破碎发生后的平流层-对流层物质交换(STE)量。研究表明:1)以格点位于RWB区
在气候变暖的大背景下,中国极端冷事件呈现阶段性增加,对我国社会经济发展、人民的正常生产生活造成重大影响。研究和完善暖冬背景下极端冷事件的驱动因子和物理机制可以有效的提高国民对气候变化的抵御能力。利用冬季中国台站资料、欧洲中心(ECMWF)的ERA-interim和ERA5再分析资料、英国气象局的Had GEM3-GA6检测归因模式资料和美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的NCEP再分析资料,研究
南支槽是存在于冬半年(10月至次年5月)的半永久性低压槽,其中1月和5月是南支槽的两个高发期。本文利用一日4次的NCEP/NCAR再分析资料,基于客观识别方法建立近41 a(1979-2019年)的南支槽数据库。利用多种气候统计方法,分析了近41a南支槽的时空分布特征。进一步分别针对深冬(1月)和春末(5月)的气候态和典型南支槽个例,分析了其动力和热力结构差异。最后使用T-N波通量和全型垂直涡度倾
基于1979-2018年JRA-55逐日再分析资料,分析了夏季青藏高原及其附近地区大气视热源的季节内振荡(Intra-Seasonal Oscillation,ISO)规律,着重揭示了高原大气热源10-30天ISO对长江中下游以南地区(22°-32°N,105°-122°E)降水异常季节内变率的“放大效应”及其可能机理,并探讨了高原与南海、孟加拉湾等低纬度地区大气热源季节内循环对长江中下游以南季节
本文使用最新的中国台站气温观测资料和全球大气再分析资料系统地研究了近60年来寒潮等冷空气频数和强度的气候学特征和不同类型平流层爆发性增温的特征、成因及对下层大气的反馈,并从等熵位涡的角度分析了北半球冬季平流层爆发性增温与2010年2月寒潮的联系,探索造成寒潮可能的原因和机理。主要结论如下:(1)中国寒潮等冷空气过程的频数和强度有明显的月际和季节差异,区域型寒潮在秋季发生频数最多,全国型寒潮、区域型
本文基于CWRF模拟集合中27组试验成员以及ERA5、MERRA-2两组再分析资料中1990-2011年夏季(6、7、8月)数据,研究CWRF不同参数化方案的改变对陆气耦合的影响。论文首先通过华北地区降水日变化评估了CWRF的模拟性能,接着选取三种不同的陆气耦合指标:土壤湿度与潜热的相关、潜热与抬升凝结高度的相关以及边界层厚度与抬升凝结高度的差值与云量的相关。通过对这三个指标分析CWRF不同物理参
极端垂直运动对热带气旋强度和结构变化有重要作用。实际观测中发现,热带气旋内部伴有极端上升运动,但与之相联系的小尺度系统尚未可知。本文分析了边界层大涡技术下,三组不同水平分辨率(333 m、111 m和37 m)的WRF模拟结果,给出了热带气旋眼墙附近的极端垂直运动时空分布,并对相关小尺度精细结构进行了定性分类追踪。其主要研究成果如下:(1)三组试验中,热带气旋眼墙垂直运动特征与观测一致,均近似满足
本文利用NCEP/NCAR再分析数据集、NOAA和英国气象局哈德莱中心提供的逐月海表温度资料、University of Delaware提供的逐月降水资料和地表气温资料以及CAM5.1数值模式,利用统计诊断,如合成分析,回归分析等,分析了春季热带大西洋海温异常的时空分布特征,并在此基础上分别讨论了,1970-1995和1996-2018年春季热带大西洋海温异常对欧亚大陆气温和降水的不同影响以及可
多年冻土湿地与大气之间不断进行感热、潜热和蒸散等能量和物质交换,形成了独特的湿地生态系统和特有的气候环境,其能量交换变化情况对多年冻土湿地生态环境的发展和区域气候变化有重要的影响,因此深入研究以多年冻土湿地为下垫面的能量通量和水汽交换是十分必要的,但是我国还没有对此生态系统陆面水热通量观测研究。本研究基于涡动相关法,在大兴安岭多年冻土区一块典型湿地开展两年生长季能量通量和蒸散观测,以揭示多年冻土湿