西双版纳热带雨林冬季冠层辐射雾形成机制观测研究

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为了深入探究西双版纳热带雨林地区雾的形成机制及其特征,我们于2019年11月22日至2020年2月28日在西双版纳热带雨林地区开展了外场雾综合观测。本文使用此次观测期间获取的雾观测资料,分析了西双版纳雾过程中的雾滴谱及数浓度(N)、数密度、液水含量(LWC)、离散度(ε)、体积平均直径(Dv)等微物理数据,同时还对雾中出现的Dv与ε非单调性变化进行了分析,并对雾滴谱进行了拟合。据此,得到以下结论:(1)上层雾的形成时间早于下层,形成阶段两层雾滴谱均为单峰分布,发展、成熟、消散阶段均为双峰分布。上层雾在形成阶段时间很短,且在形成阶段持续的时间较短,但各微物理量大小与上层较为一致;发展阶段雾滴N和Dv迅速增长,与上层雾相比,下层雾滴N增长较少但雾滴谱更宽。在整个雾过程中,下层雾各微物理量有更大的标准差(σ),大σ的产生原因为雾的空间非均匀性结构,下层雾由于受到植被冠层的保护作用,各处风速较小、湍流较为不明显,使得雾在生成后无法通过湍流扩散而使雾趋于均匀化。在雾发展的各个阶段,两层雾的雾滴谱谱型在峰值位置及峰值大小有所不同。(2)碰并在雾中占主导地位,重力碰并效应加强作用会使得微物理量间的相关性增强。这是由于碰并成为大雾滴会消耗小雾滴,且核化生成的小雾滴不足以补偿被碰并的部分,在自动转化阈值函数(T)>0.6时大雾滴N显著增大。(3)2020年1月14日的一次雾过程中Dv与ε出现非单调性变化。在LWC振荡上升阶段,Dv与ε为正相关,此时雾中微物理过程为核化、凝结,若核化过程能补充凝结消耗的小雾滴,则N与Dv间的相关性为正,否则为负;在LWC稳定阶段,Dv与ε为负相关,此时雾中微物理过程为凝结、碰并,并伴随持续的核化过程,LWC与ε间的相关性仍取决于核化生成的小雾滴与凝结/碰并消耗的小雾滴间的竞争;在LWC振荡下降阶段,Dv与ε为正相关,同时存在着蒸发、去核化及碰并过程,蒸发会使雾滴N与Dv为正相关,风一方面加快了蒸发过程,另一方面会使雾滴更容易发生碰并从而造成大雾滴的出现,这部分大雾滴会使N与Dv的正相关性减弱甚至成为负相关。(4)西双版纳地区热带雨林覆盖率越高,雾中LWC越高、N越低,MD越大。在此次观测中雾滴谱具有明显的双峰分布特征,可以使用G指数分布函数来描述雾滴谱。
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