Morrison方案在GRAPES模式中的应用及云辐射过程的模拟研究

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本文将Morrison双参数云微物理方案引入到GRAPES_Meso(Global/Regional Assimilation and Prediction System_Meso)模式中,对2017年10月8日至12日和10月23日至28日两次系统性层云过程进行了数值模拟研究。并采用敏感性试验,研究不同云凝结核(CCN)数浓度变化对中国东部地区云的宏微观物理量及云辐射强迫的影响。通过Morrison方案和WDM6方案对2017年1月5日至7日一次系统性冷云过程的对比分析,研究Morrison方案模拟的优越性以及不同云微物理方案对云微物理过程及云辐射过程的影响。(1)模式的评估结果表明,模拟的云水路径(CLWP)与FNL再分析资料结果具有一致性。模拟云的光学厚度(COD)与云水有效半径(Rc)与MODIS卫星数据结果分布和数量级上相一致。这些对比说明了Morrison双参数云微物理方案对中国东部地区云过程模拟的可行性。(2)敏感性试验结果显示随着CCN数浓度10cm-3增加到3000cm-3,日平均Rc最大值减小约63%,从而导致云水转换率降低。此外,日平均云水混合比(qc)最大值增加了133%,雨水混合比(qr)最大值减小了44%,并且日平均CLWP和COD最大值分别增加了100%和150%。当CCN数浓度从10cm-3增加到3000cm-3时,日平均云向下短波辐射强迫(CDSRF)最大值增加约65%。研究结果表明,CCN对云的宏微观物理特性和辐射过程具有重要影响。(3)Morrison方案对冷云过程中Rc、云冰有效半径(Ri)、CLWP及COD的模拟效果要好于WDM6方案。Morrison方案模拟短波辐射与CERES卫星资料结果较WDM6方案更具有一致性。这是因为WDM6方案中冷云过程较少,而Morrison方案具有详细的冷云和暖云过程。两种方案模拟海平面温度和地表热辐射通量也显示明显的差异,而这种差异在陆地要明显大于海洋。
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