PDF《一次降雹过程的 犃犵犐系列催化模拟研究》

2 3] 在观测雷达附近收集到61个雹块样本, 测得最大冰雹长轴为8c m, 短轴为4. 4c m, 小冰 雹分别为1. 0c m 和0. 6c m.雹块的形状差异很大, 多数为椭球形或锥形.一些大冰雹结构疏松落 地即碎.冰雹为透明层和不透明层相间, 大多数为 冻滴胚. 本文利用三维对流云 A g I催 化模 式 对此冰雹 过程进行数值模拟研究[

2 5

3 1] .模式的预报量包括三 维风、 温、 压、 比湿、 云水量、 云滴谱拓宽度以及双参 数微物理预报量雨、 冰晶、 霰、 雹的比质量和比浓度. 模式采用隐式格式计算凝结、 凝华过程和水汽过饱 和度.考虑凝结蒸发、 碰并、 自动转化、 核化繁生、 融 化冻结等,共2

7 个云物理过程.模式中包含 A g I 催化过程, 过程基于 D e m o t t的室内实验结果[

3 2 ] , 考虑AgI催化剂气溶胶在不同环境条件下的凝华、 凝 结冻 结、 接触冻结、 浸没冻结的核化速率, 分别用d e p, c d f, c t f和imf表示, 均为温度( ) 和水汽过饱 和度( 水面的犁w 和冰面的犁 i) 的函数.其中, d e p与 水面和冰面过饱和度有关, c d f与温度和水面过饱和 度有关, c t f与碰并效率和冰面过饱和度有关, imf与 碰并效率和温度有关.模式中与冰雹相关的微物理 过程包括冰雹凝华、 冰雹碰并冰晶、 冰雹碰并霰、 冰 雹融化、 霰雹转化和冰雹的干湿增长过程. 模式的水平格距为1. 2k m*1. 2k m, 垂直格距 为0. 7k m, 格点数为8 0*8 0*3 0, 积分步长为2s , 采用0 8:

0 0北京探空资料作为模式输入场.因高层 风速过大, 模拟云会移出计算区域, 故模式计算时, 水 平风减去平均风速的7

0 %.考虑到白天增温, 进行 常规的边界层温度订正.对流采用热湿泡启动, 水平 范围为8 . 4k m*8 . 4k m, 垂直1 . 4k m, 最大温度扰 动为1. 5℃, 最大相对湿度9 0%. 在模拟开始后, 云体很快出现并快速发展.在 积分1 0m i n内, 仅有云水.随着上升气流的加强和 云体的升高, 积分1 2m i n后出现了冰晶, 并在第1

5 分钟时出现少量霰粒子, 随后有少量的冰雹粒子形 成.此时云 体也发展到8k m 高度.积分20min时, 云体的中下部积累了大量冰雹, 并接近地面, 表 明降雹过程即将开始.积分2 4m i n时, 云体发展最 为强劲, 此时云中上升气流超过3 0m・s -1 , 同时地 面出现了强降雹过程.此时的冰雹被上升气流带到 非常高的位置, 云体的中上部由云水、 冰晶、 霰和冰 雹组成( 图1 a ) .由于云体在前方出流, 上升气流很

0 3

1 应用气象学报第2 7卷弱, 导致较大的霰粒子下落形成下沉气流.有一部 分粒子随着气流再次进入到云体的主上升区, 并再 次与云水和雨水碰并, 成长为较大的冰雹并下落形 成降雹.所以冰雹粒子有循环增长的过程, 这与理 论研究一致, 也与观测的冰雹多层结构一致[

2 3 ] .降 雹的宽度可达1 0k m, 降雹中也有降雨发生.有部分 冰雹融化成雨水, 同时更多的雨水由霰融化形成.云 体的水平流场在4k m 的高度为辐合, 8k m 的高度形 成辐散, 云体水平范围可达3 0k m.地面 冰雹格点 最大平均尺度为2 2mm. 图1 冰雹云模拟第2 4分钟各种水成物含量等值线 ( 蓝色为云水, 灰色为冰晶, 橙色为霰, 红色为冰雹, 绿色为雨 水, 等值线值为0. 1, 1, 2g ・k g -1) 及温度等值线( 黑色) 、 流场( 矢量) 的垂直剖面分布( a ) 模拟的最大上升速 度( b ) 及总降雨量和降雹量( c ) 随时间分布 F i g .