积云夹卷率的影响因子及其参数化

发布时间：2020-11-10 08:57

　　 积云夹卷混合过程作为天气和气候中的重要过程,影响着大气中能量的垂直输送、降水和辐射。夹卷率是用于描述该过程快慢的物理量,是积云参数化方案中的一个重要但非常不确定的参数。为了在积云参数化方案中准确地描述夹卷率,本文基于观测和数值模拟,研究了积云夹卷率的影响因子并参数化。主要结论如下:对于模拟的KWAJEX项目中的积云,云中质量通量、浮力和垂直速度随高度先增加后减小;湿静力能随高度先减小后增加。卷入云中的空气约由58%的云内空气和42%的环境空气组成。云中夹卷率的值介于0-4 km~(-1),比传统积云参数化方案中的大。夹卷率在云底以上随高度递减,在云中部变化较慢,在接近云顶时迅速增加。云中平均夹卷率随云顶高度的增加而减小。从夹卷率与云中热力、动力因子的关系来看,夹卷率与云中垂直速度、浮力呈负相关,与云半径的倒数和|w~(-1)dw/dz|呈正相关。基于夹卷率与云中热力、动力因子的关系,分别利用单个变量拟合和多个变量进行主成分回归分析建立夹卷率的参数化方案,对比发现使用多个变量进行主成分回归得到的参数化方案更适合夹卷率的参数化。对于不同分辨率的大尺度模式,夹卷率参数化方案存在尺度依赖。对于RACORO和RICO项目中观测到的积云,云中夹卷率与环境相对湿度呈正相关。物理分析表明,较大的相对湿度通过减少云核(云的核心)的浮力和减弱云核附近气流的下沉来促进夹卷。云核的浮力减小以及云核附近气流下沉的减弱进一步减小云核中的上升气流;云核中的上升气流越少越容易受到环境的影响,从而导致夹卷率越大。夹卷率和相对湿度之间的关系与对流参数化中广泛使用的“浮力分类概念”一致。
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P43
【部分图文】：

技术路线图

WRF 模拟区域设置，其中黑点表示 S 波段双偏振雷达表 3.1 模式重要物理过程参数化方案设置d01&d02 d039.8.19 0:00-8.20 12:00 (UTC) 1999.8.19 12:00-1999.8.2012 h 4 hMorrisonRRTMGRRTMGNoahYSUKain-Fritsch(仅 d01)

第三章 热力和动力因子对积云夹卷率的影响高度，模拟的雷达反射率的频率最大值分布在 0-30dBZ，尤其在低层比观测分布得更广一些。当高度在 9-13km 时，观测和模拟的雷达反射率的频率最大值分布范围大体一致。因此，本次模拟基本抓住了观测到的雷达反射率的垂直分布和量级特征。图 3.2（c）对比了雷达反演的降水率和模拟的降水率的归一化频率分布。有关雷达反演降水率的具体描述详见 Houze et al. (2004)[66]。从图 3.2（c）可以看出，当降水率介于 2.3-24.7 mm h时，模拟的降水率的归一化频率略大于观测的，而当降水率小于 2.3mmh-1或者大于 24mmh-1时，观测的降水率的归一化频率大于模拟的。考虑到雷达在反演降水率时存在的诸多不确定性[67,68]，本次模拟还是比较好地捕获到了降水率的总体分布情况。因此，WR模式对本次深对流云系的模拟效果较好，可以用于估算夹卷率并做进一步分析。
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本文编号：2877747