中国南方地区冻雨的大气结构观测与数值模拟研究

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利用地面、高空长期观测资料和边界层探测试验资料,结合中尺度数值模式WRF,对我国南方地区冻雨形成条件和机制进行了观测分析和数值模拟。   对1970-2000年雨凇日的地面气象要素(地面的气温,最高气温,最低气温,平均风速,相对湿度,降水量)统计分析结果表明:(1)我国南方地区发生冻雨时,地面平均气温基本都在0℃附近,最低气温均在0℃以下,最高气温均低于2℃;(2)平均风速为3m/s;(3)相对湿度均在80%以上,降水量都在0-1mm之间,大多为毛毛雨或者小雨。利用高空观测资料,根据云项高度相对于暖层位置,把我国南方地区冻雨分为6种类型,结果发现:(1)我国冻雨发生时,地面伴随着暖层的类型出现概率为14.7%,明显高于国外的统计结果;(2)而当严重冰冻灾害发生时,常常伴随几种冻雨类型。本文还根据以上统计分析结果,建立了一个我国南方冻雨发生过程的微物理概念模型,并尝试解释了我国东西向冻雨带较宽的原因。   利用2010年低空探空资料分析了恩施和开阳2次冻雨和冰粒过程,结果发现,近地层的“双逆温”可以使水滴有保持高层温度倾向的热滞后效应,导致在逆温层中下落的雨滴温度将比环境高,即便近地层气温很低,也不会瞬间冻结,这非常有利于冻雨的产生。   本文利用中尺度数值模式WRF对2008年我国长沙和贵阳冻雨形成过程进行了数值模拟,分析了冻雨形成条件和物理机制。结果表明:(1)长沙和贵阳地区冻雨发生时,有逆温层存在,低层相对湿度达到90%以上;(2)低层冷层的强度和厚度对于冻雨的形成有着重要的作用。长沙地区冻雨发生时,近地层温度为0~-2℃,贵阳地区冻雨发生时,近地层温度-2~-4℃,这是由于贵阳地区海拔相对较高,冷层相对浅薄,液态水在没有冻结前就到达了地面;(3)暖雨过程是贵阳地区冻雨形成的主要微物理机制,而长沙地区的则为暖雨过程和融化过程。(4)融化过程与长时间的暖雨过程,都能造成严重的冰冻灾害。
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