基于飞机观测和数值模拟的积云夹卷及其参数化和云系相互作用研究
发布时间：2020-12-08 20:12
本文主要开展了积云夹卷率的计算、夹卷率参数化和云降水数值模拟研究。第一,使用 TOGA-COARE（Tropical Ocean Global Atmosphere Coupled Ocean Atmosphere Response Experiment）项目中的飞机观测资料计算了降水性积云中的夹卷率,分析了夹卷率的概率密度函数、云内特征和夹卷率之间的关系、夹卷率对不同夹卷空气来源的响应以及夹卷对云滴谱离散度的影响机制;第二,使用WRF模式（Weather Research and Forecasting Model）模拟了 2010年7月8日至9日四川盆地的一次西南涡降水天气过程,基于西南涡积云中的夹卷率特征分析,建立了西南涡积云的夹卷率参数化方案;第三,通过WRF模拟了 2010年7月1日发生在东北地区的一次大范围强降水天气过程,讨论了混合云系中层状云与积云之间的夹卷影响。主要研究结论如下:积云中夹卷率的概率密度函数可以用对数正态分布、伽马分布、威布尔分布函数较好地拟合,对应的r2均大于0.80。夹卷率的增大促进了云滴的稀释和蒸发冷却,导致云滴数浓度和含水量减小,降低云内温度和水汽...
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１技术路线示意图
冰相粒子可以忽略。云的水平尺度（由水平穿云时间和飞机飞行速度的乘积）的概率密??度函数（ＰＤＦ）的分布接近对数正态分布，当云的水平尺度大于６００?ｍ时ＰＤＦ大致随??云水平尺度的增大而递减（图２．１），这种趋势和以往的观测［｜（）］及模拟结果［｜１］相似。下??文２．２．３节中会进一步探讨Ａ和云的水平尺度之间的关系。??￡?８０｜??＇???６０－?Ｉ??？?＂１??Ｓ４０—Ａ??｜２〇?［?＼??〇?ｑｉ／?丨丨?『?ｌ??￡?０?５０００?１００００??Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ?ｃｌｏｕｄ?ｓｉｚｅ?（ｍ）??图２．１云水平尺度的概率密度函数（ＰＤＦ）分布，图中的红线为拟合的对数正态分布。??Ｆｉｇｕｒｅ?２．１?Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ?ｄｅｎｓｉｔｙ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?（ＰＤＦ）?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ?ｃｌｏｕｄ?ｓｉｚｅ．?Ｔｈｅ?ｒｅｄ?ｌｉｎｅ?ｉｓ?ｆｉｔｔｅｄ??ｌｏｇｎｏｒｍａｌ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．??云底高度的具体计算步骤如下：首先使用２００?ｍ平滑方式处理飞机垂直探空获得的??环境中的ｒ和露点温度（ｒｄ）廓线，根据公式２．２从而可以得到环境ＭＳＥ的垂直廓线。??假定抬升凝结高度（ＬＣＬ，图２．２中的黑色横线，高度约为４５０?ｍ）为云底高度，它的??获得方法是根据ＭＳＥ廓线上ＭＳＥ最大值所在高度（在图２．２ｂ中该高度约为１００?ｍ）??２６??
??处对应的ｒ和ｒｄ计算得到的。图２．２举例了?Ｒ２８个例（１９９３年２月６円）中的ｒ和ｒｄ??廓线以及对应的ＭＳＥ廓线，其中图２．２ｂ中的红色点表示该个例中每朵云内的平均ＭＳＥ??值。?？??⑷?丨一Ｏｒｉｇｉｎａｌ?Ｔ?—ＭＳＥ??３０００?＇?＼?—Ａｖｅｒａｇｅｄ?Ｔ?３０００—?Ｉ?一ＬＣＬ??—Ｏｒｉｇｉｎａｌ?Ｔｄ?Ｖ??！２〇ｏＪ?：：??１?１０００?差１。。。?－??Ａ?、?Ｑ?｜?｜??｜???Ｕ５?１０?１５?２０?２５?３０?３．３?３．３５?３．４?３．４５?３．５?３．５５??Ｔａｎｄ?Ｔｄ?（°Ｃ）?ＭＳＥ?（Ｊ／ｋｇ）?ｘ１〇５??图２．２?Ｒ２８个例的６机乖直探空：（ａ）温度（Ｄ和露点温度（乃），（ｂ）湿静力能（ＭＳＥ），其中黑??色横线表示抬升凝结高度（ＬＣＬ），红点代表每朵云内的平均湿静力能。??Ｆｉｇｕｒｅ?２．２?Ａｉｒｃｒａｆｔ?ｖｅｒｔｉｃａｌ?ｓｏｕｎｄｉｎｇ?ｏｆ?Ｒ２８?ｃａｓｅ：?（ａ）?Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?（Ｔ）?ａｎｄ?ｄｅｗ－ｐｏｉｎｔ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?（ｒｄ）?ａｎｄ??（ｂ）?ｍｏｉｓｔ?ｓｔａｔｉｃ?ｅｎｅｒｇｙ?（ＭＳＥ），?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｂｌａｃｋ?ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ?ｌｉｎｅｓ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔ?ｔｈｅ?ｈｅｉｇｈｔｓ?ｏｆ?ＬＣＬ；?ｔｈｅ?ｒｅｄ?ｐｏｉｎｔｓ?ｉｎ??（ｂ）?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔ?ｔｈｅ?ｍｅａｎ?ＭＳＥ?ｖａｌｕｅｓ?ｉｎ?ｅａｃｈ?ｃｌｏｕｄ．??２．２结果??２．２．１夹卷率的概率密度函数分布??湍流夹卷过程其实一种随机过程
【参考文献】：
期刊论文
[1]一次西南涡致洪暴雨天气过程诊断分析和数值模拟试验[J]. 方从羲,李子良. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2016(05)
[2]低层对流嵌入到高层云系的模拟研究[J]. 郭小浩,李艳伟,蔡磊. 大气科学. 2015(04)
[3]四川地区一次暴雨过程的观测分析与数值模拟[J]. 李琴,崔晓鹏,曹洁. 大气科学. 2014(06)
[4]区域中尺度模式对西南地区一次强降水过程的预报分析[J]. 何光碧,张利红,屠妮妮. 高原山地气象研究. 2014(02)
[5]Entrainment-mixing parameterization in shallow cumuli and effects of secondary mixing events[J]. Chun-Song Lu,Yan-Gang Liu,Sheng-Jie Niu. Chinese Science Bulletin. 2014(09)
[6]在GRAPES模式中引入夹卷过程的影响试验[J]. 刘羽,杨学胜,孙健. 热带气象学报. 2013(02)
[7]暴雨过程中对流云合并现象的观测与分析[J]. 黄勇,覃丹宇,邱学兴. 大气科学. 2012(06)
[8]云并合过程中物理特征演变的模拟研究[J]. 吕玉环,李艳伟,金莲姬,何彩芬. 大气科学. 2012(03)
[9]The formation and precipitation mechanism of two ordered patterns of embedded convection in stratiform cloud[J]. LI YanWei * & NIU ShengJie Key Laboratory for Atmospheric Physics and Environment of China Meteorological Administration, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China. Science China(Earth Sciences). 2012(01)
[10]区域气候模式对不同的积云参数化方案在青藏高原地区气候模拟中的敏感性研究[J]. 王澄海,余莲. 大气科学. 2011(06)
本文编号：2905620
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１技术路线示意图
冰相粒子可以忽略。云的水平尺度（由水平穿云时间和飞机飞行速度的乘积）的概率密??度函数（ＰＤＦ）的分布接近对数正态分布，当云的水平尺度大于６００?ｍ时ＰＤＦ大致随??云水平尺度的增大而递减（图２．１），这种趋势和以往的观测［｜（）］及模拟结果［｜１］相似。下??文２．２．３节中会进一步探讨Ａ和云的水平尺度之间的关系。??￡?８０｜??＇???６０－?Ｉ??？?＂１??Ｓ４０—Ａ??｜２〇?［?＼??〇?ｑｉ／?丨丨?『?ｌ??￡?０?５０００?１００００??Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ?ｃｌｏｕｄ?ｓｉｚｅ?（ｍ）??图２．１云水平尺度的概率密度函数（ＰＤＦ）分布，图中的红线为拟合的对数正态分布。??Ｆｉｇｕｒｅ?２．１?Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ?ｄｅｎｓｉｔｙ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?（ＰＤＦ）?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ?ｃｌｏｕｄ?ｓｉｚｅ．?Ｔｈｅ?ｒｅｄ?ｌｉｎｅ?ｉｓ?ｆｉｔｔｅｄ??ｌｏｇｎｏｒｍａｌ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．??云底高度的具体计算步骤如下：首先使用２００?ｍ平滑方式处理飞机垂直探空获得的??环境中的ｒ和露点温度（ｒｄ）廓线，根据公式２．２从而可以得到环境ＭＳＥ的垂直廓线。??假定抬升凝结高度（ＬＣＬ，图２．２中的黑色横线，高度约为４５０?ｍ）为云底高度，它的??获得方法是根据ＭＳＥ廓线上ＭＳＥ最大值所在高度（在图２．２ｂ中该高度约为１００?ｍ）??２６??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]一次西南涡致洪暴雨天气过程诊断分析和数值模拟试验[J]. 方从羲,李子良. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2016(05)
[2]低层对流嵌入到高层云系的模拟研究[J]. 郭小浩,李艳伟,蔡磊. 大气科学. 2015(04)
[3]四川地区一次暴雨过程的观测分析与数值模拟[J]. 李琴,崔晓鹏,曹洁. 大气科学. 2014(06)
[4]区域中尺度模式对西南地区一次强降水过程的预报分析[J]. 何光碧,张利红,屠妮妮. 高原山地气象研究. 2014(02)
[5]Entrainment-mixing parameterization in shallow cumuli and effects of secondary mixing events[J]. Chun-Song Lu,Yan-Gang Liu,Sheng-Jie Niu. Chinese Science Bulletin. 2014(09)
[6]在GRAPES模式中引入夹卷过程的影响试验[J]. 刘羽,杨学胜,孙健. 热带气象学报. 2013(02)
[7]暴雨过程中对流云合并现象的观测与分析[J]. 黄勇,覃丹宇,邱学兴. 大气科学. 2012(06)
[8]云并合过程中物理特征演变的模拟研究[J]. 吕玉环,李艳伟,金莲姬,何彩芬. 大气科学. 2012(03)
[9]The formation and precipitation mechanism of two ordered patterns of embedded convection in stratiform cloud[J]. LI YanWei * & NIU ShengJie Key Laboratory for Atmospheric Physics and Environment of China Meteorological Administration, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China. Science China(Earth Sciences). 2012(01)
[10]区域气候模式对不同的积云参数化方案在青藏高原地区气候模拟中的敏感性研究[J]. 王澄海,余莲. 大气科学. 2011(06)
本文编号：2905620
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