深对流卷云砧的云水来源和微物理特征的数值模拟研究

来源 :南京信息工程大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:smn1970
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云在地球气候系统中扮演着十分重要的角色。云对全球气候变化的影响作用重大,它一方面通过其辐射效应影响全球的辐射平衡,另一方面因其由大量水凝物构成,故对全球的水循环有着较大的影响。因此,云在与辐射平衡及全球水循环变化有关的气候变化方面起着主导作用。卷云及卷云砧占据了热带上空70%的面积范围,因其所占据的范围较广,且卷云或卷云砧中还包含了大量固态水凝物粒子(如雪、霰、雹等),这些固态粒子具有特殊的辐射效应,对大气辐射平衡的影响较大。因此,卷云及卷云砧主要通过对大气辐射平衡的调整来对全球气候变化产生影响。本文使用高分辨率四重嵌套的WRFV3.4.1模式对TWP-ICE试验期间的一次对流过程进行了数值模拟,第四重嵌套的水平网格距为0.667km,可以显式分辨出单个对流系统。文章还利用WRF模式每五分钟输出一次的资料,结合FLEXPART拉格朗日模式对对流系统输送进行了轨迹分析。通过分析,文章得出了以下结论:首先,高分辨率WRF模式,特别是水平格距在lkm以下(~0.667km)的WRF模式可以用于云分辨尺度的数值模拟研究。将WRF模式结果与观测和多云分辨模式集合结果进行对比,发现高分辨率WRF模式成功地模拟出了TWP-ICE试验期间云的变化特征;其次,通过分析对流系统水凝物拉格朗日输送特征及对流上升气流质量通量随高度的变化发现,与以质量通量参数为基础的对流参数化方案假设并不相同,在条件不稳定层顶附近上升气流质量通量便开始随高度减小,说明有水凝物被输送出对流系统。这一结论更加贴近实际情况,而现有的对流参数化方案则高估了对流系统对对流层高层的水汽贡献。再者,利用FLEXPART拉格朗日粒子扩散模式对对流系统的输送特征进行分析,分析结果表明,在对流系统中水凝物被输送2小时左右后,水凝物被输送至13km的高度左右,其周围环境空气的比湿、密度及温度分别为0.7g/kg,0.3kg/m3和-54℃。在水凝物被输送到13km高度左右以后,其主要以水平输送为主,且初始位置高度较高的水凝物越容易在较短的时间内被输送至较远的距离。最后,分析对流系统中水凝物输送轨迹特征发现,水凝物输送轨迹主要沿环境引导气流方向,其最远距离可到达200~~300km,并对50~150km附近的云砧区影响最大,对流系统中的水凝物对该区域云砧形成影响的时间尺度约为4-6小时,其中大约10~20%的水凝物对云砧的形成及发展做出了贡献。而对于那些初始位置较低的水凝物,因受到低层风场扰动的影响,少部分水凝物也出现了向对流系统上游(引导气流反方向)输送的情形。
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