太行山东麓积层混合云微物理特征与降水形成机制研究

论文摘要

本文利用河北省“十三五”气象重点工程-云水资源开发利用工程的示范项目（2017-2019）“太行山东麓人工增雨防雹作业技术试验”飞机和地面雷达观测数据,分析研究了2017年5月22日一次典型稳定性积层混合云的结构特征,考察了WRF（Weather Research and Forecasting）模式对此次积层混合云的模拟效果,初步讨论了太行山地形对其东麓地区云和降水的影响。飞机观测研究结果表明:此次积层混合云高层存在高浓度大冰粒子,冰粒子下落过程中的增长在不同区域存在明显差异,在含有高过冷水含量的对流泡中,冰粒子增长主要是聚并和凇附增长,而在过冷水含量较低的云区以聚并增长为主。由于聚并增长形成的大冰粒子密度低,下落速度小,穿过0℃层时间更长,出现大量半融化的冰粒子,使融化现象更为明显。镶嵌在层状云中的对流泡一般处于0℃-10℃（高度46km）层之间,垂直和水平尺度约2km,最大上升气流速度可达5m s-1。对流泡内平均液态水含量是周围云区的2倍左右,小云粒子平均浓度比周围云区高一个量级,大粒子（直径800μm以上）的浓度也更高。在具有较高过冷水含量的对流泡中降水形成符合“播撒-供给”（Seeder-feeder）机制,但在过冷水含量较低的区域并不符合这一机制。WRF模式可以再现云系的发展演变特征与雷达回波的基本结构,回波剖面中可以看到镶嵌其中的对流泡结构,但其位置与雷达观测稍有偏差。模拟的累计降水量与观测值基本相符,逐小时降水率变化趋势与观测基本符合,但降水率峰值时间、数值存在差异。模式能够反映出不同位置云垂直结构的差异,尤其是上升气流的高度范围、霰粒子与云水的垂直分布,都大致与观测吻合,但垂直气流速度的模拟值偏小。模拟结果表明,对流泡下方雨水混合比很高,对流泡内云水和霰的混合比较高,对流泡上部为云冰混合比高值区。这验证了对流泡产生“雨核”的现象,且这是对流泡内高云水、霰浓度以及对流泡之上高云冰浓度导致的。地形数值模拟敏感试验表明,太行山地形高度增加时,其东麓地区水凝物增多,雷达回波也增强。当太行山地形高度变为0.5倍时,东麓地区平均水凝物混合比减少约20%;当变为1.5倍时,东麓地区水凝物混合比增加2030%。太行山地形高度增加使东麓地区的降水增加:当地形高度变为1.5倍时,东麓地区24小时累计降水可增加49.5%,逐小时降水率的峰值也变大;当地形高度变为0.5倍时,东麓地区累计降水减少6.5%。由此可见,太行山对其东麓降水具有重要影响。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 亓鹏

导师: 郭学良

关键词: 积层混合云,飞机观测,数值模拟,太行山东麓地形影响

来源: 中国气象科学研究院

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 中国气象科学研究院

分类号: P426.6

总页数: 69

文件大小: 8872K

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