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大氣冰核濃度對對流云降水過程影響的數值模擬
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國家自然科學基金項目(41805002)、江蘇省自然科學基金資助項目 (BK20180808)、江蘇省高等學校自然科學研究項目(18KJB170010)、南京信息工程大學人才啟動基金項目(2016r042) 資助


Numerical Simulation of Influence of Atmospheric Ice Nucleus Concentration on Convective Cloud Precipitation Processes
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    摘要:

    在已有的三維對流云模式的基礎上新植入了同質凍結和異質核化方案,結合一次山地雷暴個例,通過敏感性試驗來探討大氣冰核濃度對對流云微物理過程和降水的影響。模擬結果表明:①冰核濃度的改變會對對流云的動力場及各水成物粒子產生明顯作用。增加冰核濃度,冰相粒子的數濃度隨之增加;同時,凝華過程中釋放大量潛熱導致云中上升氣流增強。由于水汽含量一定,各水成物粒子“爭奪”水汽,使得云滴、冰晶和霰的增長均受到抑制,難以成為較大尺寸的降水粒子。②冰核濃度的增加,“貝吉龍效應”導致云滴的尺度減小,削弱了云〖CD*2〗雨轉化過程。雨滴、云滴混合比的減小抑制了雨滴對云滴的收集。同時,小尺度的霰粒子削弱了霰融化為雨滴的物理過程,最終導致地面累積降雨量降低。

    Abstract:

    Based on the existed threedimensional convective cloud model, a homogenous freezing and heterogeneous nucleation scheme is newly implanted. Combined with a single mountain thunderstorm case, some sensitivity tests are used to investigate the impact of atmospheric ice nucleus concentration on microphysical processes and precipitation. Simulation results show: (1) The change of ice nucleus concentration will affect the dynamic field of the convective cloud and all the hydrometeors. As the concentration of ice nuclei increases, the concentration of ice crystals increases, and a large amount of latent heat is released during the condensation process, which leads to an increase in the vertical updraft. At the same time, the concentration of graupel particles in the cloud becomes larger. However, due to the limited water vapor content, each of the hydrometeors particles “races for” water vapor, the growth of cloud droplets, ice crystals and graupels is suppressed, and it is difficult to become a largersized precipitation particle. (2) The increase of ice nucleus concentration leads to the reduction of the scales of cloud droplets, which weakens the process of automatic conversion of cloud droplets into raindrops. The decrease in the mixing ratio of raindrops and cloud droplets inhibits the collection of droplets by raindrops. At the same time, smallscale graupel particles weaken the process of melting graupels into raindrops, which ultimately leads to a reduction in cumulative rainfall on the ground.

    參考文獻
    相似文獻
    引證文獻
引用本文

王夢旖,師正,譚涌波,劉俊,于夢穎,鄭天雪.大氣冰核濃度對對流云降水過程影響的數值模擬[J].氣象科技,2020,48(2):220~228

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  • 收稿日期:2019-01-02
  • 定稿日期:2019-12-02
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