湖北两次强对流过程的数值模拟及五种云物理方案对比

发布时间：2020-07-01 08:47

【摘要】：湖北省地处中纬度内陆地区,每年春夏之交,强对流天气活动频繁,由于目前对强对流天气的微物理结构缺乏有效的观测手段,需要通过数值模拟来分析强对流云的发生发展过程。本文选取2007年4月15日和2013年5月23日发生在湖北省境内的两次强对流个例,基于WRF模式探讨了两次强对流过程中的宏微观演变特征及降水机制,并讨论了五种云物理方案对云微物理结构模拟的差异,结果表明：两次天气过程中,在高空500hpa两槽一脊大的形势背景下,阶梯形小槽的出现,使得湖北地区上空中层建立西北气流,空气变得干冷,大气处于不稳定状态,低空有偏南暖湿气流与西北冷空气交汇,水汽在局地形成累积,同时气流辐合抬升,即造成了较强的对流性天气。MY (Milbrandt-Yau)方案在模拟出较好降水落区的同时,能够模拟出地面降雹。通过MY方案对两次个例云中水成物粒子分布演变特征进行分析,发现两次个例云中绝大部分云水被输送至0℃层以上,在云顶形成大量冰晶,霰粒子下方有较多的雨水形成；孝感个例(Casel)和十堰个例(Case2)中降水均主要来源于霰的融化,其次是云雨自动转化和雨水收集云水,但比霰的融化小很多；霰的来源主要是冰晶碰冻雨水,并通过碰冻云水和雨水增长,其中Case1中霰对云水的碰冻大于对雨水的碰冻,Case2中两者对霰的增长贡献相当。Case1和Case2中冰雹均主要由霰碰冻雨水产生,并主要通过碰冻云水增长。在对五种云物理方案模拟的两次个例结果对比分析中发现,Lin和WSM6方案所模拟出的云水比含水量均比较低；MY方案所模拟出的冰晶比含水量都很高,Case1和Case2中最大分别为3.9和2.0 g/kg,但雪含量很少；WSM6、WDM6、Morrison三种方案模拟出的雪含量较为丰富,最大值均在1.8g/kg以上。五种云物理方案所模拟的霰(雹)粒子比含水量相差不大。Lin、WSM6、WDM6、Morrison4种方案中雨水主要来源均为霰的融化。Case1中,Lin方案雨水第二源项为雨水收集云水、云雨自动转化；WSM6、WDM6中雪融化、雨水收集云水、云雨自动转化亦有一定量的贡献；Morrison方案中,除了霰融化,雨水很大一部分增长来源于对云水收集,另外雪的融化也有少量贡献。Case2中Lin方案模拟的雨水来源与Case1相同。WSM6方案雨水第二源项为雪的融化,WDM6为云雨自动转化,Morrison方案以雪融化及雨水收集云水为次要源。Case1个例,Lin方案中霰的产生主要来源于冰晶和雪对雨水的碰冻,增长项主要为霰碰冻云水和收集雪；WSM6方案中霰主要由冰晶和雪碰冻雨水产生,而WDM6中霰主要由雪碰冻雨水产生,但两者霰的增长项均为霰对云水的碰冻；Morrison方案中霰的产生项主要贡献来自于雨水冻结、冰晶碰冻雨水,霰碰冻云水和雨水、凝华增长是霰的主要增长机制。Case2中,Lin方案霰主要依靠冰晶碰冻雨水形成,增长项主要为霰碰冻云水和收集雪；WSM6、WDM6方案与Case1情况相同,Morrison方案霰主要由冰晶、雪碰并雨水产生,随后通过凝华、碰冻云水和雨水等过程增长。MY方案中雨水的蒸发比其余四种方要强,导致模拟降水较少。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P458.1;P426.5

【参考文献】