海雾与陆雾数值模拟中气溶胶作用的对比研究

发布时间：2017-10-29 15:00

  本文关键词：海雾与陆雾数值模拟中气溶胶作用的对比研究

  更多相关文章： 海/陆雾 WRF-Chem模式 数值模拟 直接辐射效应 云滴数浓度 Twomey效应 Albrecht效应

【摘要】：雾在数值模拟中通常被处理成为发生在大气边界层的“云”微物理过程,研究表明气溶胶粒子是影响雾发生与发展的关键因素之一。本文试图利用WRF-Chem (Weather Research and Forecasting Model Coupled with Chemistry)模式,开展气溶胶对海／陆雾作用的对比研究,以便加深对它们的认识并且提高雾的模拟能力。本文选取2006年3月的1次大范围黄海海雾事件与2009年11月的1次中国北部陆雾过程作为研究对象。首先利用MTSAT (Multi-functional Transport Satellite)卫星反演资料获取了雾的观测事实,并且基于美国环境预报中心NECP (National Centers for Environmental Prediction)提供的FNL (Final Operational Global Analysis)再分析数据和韩国天气图对海／陆雾发生时的天气形势与层结特征作了分析。然后利用循环3DVAR工具同化常规与非常规观测数据得到提供高质量的初始场,并且选用相应的气溶胶直接辐射方案和间接成核方案,设计并实施了一系列数值模拟对比试验,详细分析了气溶胶效应对海／陆雾的影响和作用机制。数值试验的分析结果表明：1)气溶胶的直接辐射效应通过增加夜间长波辐射降温率实现对海／陆雾浓度和雾顶高度的影响,如海雾的平均雾顶高度增加了10.7 m,然而该效应不足以导致雾区的明显变化,两次过程雾区各项评分(POD、FAR、Bias和ETS)的改进率都不足6%。2)气溶胶粒子通过改变云滴数浓度体现Twomey效应和Albrecht效应,针对云滴数浓度的敏感性试验表明,适合本次海／陆雾发展的云滴数浓度量级为108-109kg-1,云滴数浓度的增加促使海雾雾区的平均浓度由0.6 g·kg-1变为1.8 g·kg-1。3) Twomey效应阻挡了到达地面的太阳短波辐射(辐射通量平均减少39.4%),导致陆雾内部温度层结更加接近观测,湍流强度减弱了29.5%,从而适合陆雾在日出后的维持和发展。对于海雾来说,虽然到达海面的辐射通量减弱了17.4%,但海水的高比热容导致的海温缓慢变化使雾区内湍流强度仅仅降低3.9%,所以海雾雾区的变化很小,雾区各项评分的最大改进率仅有6.8%。4) Albrecht效应能够抑制雾区内的降水,延长云的生命周期并且增大云体反照率,这会促使海／陆雾的雾区发生一定程度的改变,如陆雾雾区的ETS评分提高了9.9%,但程度远小于Twomey效应ETS评分的改进率(65.3%)；海雾雾区对Albrecht效应的响应非常弱(ETS评分降低了0.5%)。
【关键词】：海/陆雾 WRF-Chem模式 数值模拟 直接辐射效应 云滴数浓度 Twomey效应 Albrecht效应
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P732
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 引言13-19
• 1.1 陆雾与海雾13-14
• 1.2 气溶胶的作用回顾14-16
• 1.2.1 直接辐射效应14-16
• 1.2.2 间接成核效应16
• 1.3 雾的数值模拟中气溶胶的影响16-18
• 1.4 内容与安排18-19
• 第2章 数值试验19-26
• 2.1 研究个例19-21
• 2.1.1 雾观测事实的获取19
• 2.1.2 海/陆雾演变特征19-20
• 2.1.3 天气形势与层结特征分析20-21
• 2.2 数值模式21-22
• 2.3 模式参数22-24
• 2.4 试验设计24
• 2.5 小结24-26
• 第3章 模拟雾区结果与分析26-30
• 3.1 雾区检验方法26
• 3.2 定性分析26-27
• 3.3 定量分析27-28
• 3.4 小结28-30
• 第4章 直接辐射效应分析30-34
• 4.1 排放源数据30
• 4.2 气溶胶直接辐射效应方案30-31
• 4.3 直接辐射效应作用机制31-32
• 4.3.1 对温度的影响31-32
• 4.3.2 对湍流的影响32
• 4.3.3 对雾浓度和湿度的影响32
• 4.4 小结32-34
• 第5章 间接成核效应分析34-41
• 5.1 间接成核效应的作用介质34-36
• 5.1.1 对海雾浓度的影响34
• 5.1.2 云滴数浓度34-36
• 5.2 Twomey效应36-39
• 5.2.1 对太阳辐射的影响36-37
• 5.2.2 对雾区内温度的影响37-38
• 5.2.3 对雾湍流特征的影响38-39
• 5.3 Albrecht效应39-40
• 5.4 小结40-41
• 第6章 结论与展望41-43
• 6.1 结论41-42
• 6.2 展望42-43
• 参考文献43-50
• 附图50-77
• 致谢77-78
• 个人简历78
• 软件著作权78

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