PDF《冰晶核化对雷暴云微物理过程和起电影响的 数值模拟研究》

第39 卷第

2 期2015 年3月大气科学Chinese Journal of Atmospheric Sciences Vol.

39 No.

2 Mar.

2015 谭涌波, 杨忆, 师正, 等. 2015. 冰晶核化对雷暴云微物理过程和起电影响的数值模拟研究 [J]. 大气科学,

39 (2): 289?302, doi:10.3878/j.issn. 1006-9895.1405.13330. Tan Yongbo, Yang Yi, Shi Zheng, et al.. 2015. Numerical simulation research on the effect of ice nucleation on thundercloud microphysical process and electrification [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese),

39 (2): 289?302. 冰晶核化对雷暴云微物理过程和起电影响的 数值模拟研究 谭涌波 1,

2 杨忆 1,

2 师正 1,

2 周博文 1,

2 张冬冬 1,

2 廖义慧 1,

2 1 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心, 南京

210044 2 南京信息工程大学中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室,南京

210044 摘要本文在已有的二维对流云模式中采用了一种与气溶胶有关的冰晶核化方案替代原有的冰晶核化经验公 式,并选取个例,分别就两种方案进行了模拟对比试验.模拟结果表明: (1)新方案所得冰晶比含水量主要分布 在-0.1~-7.6°C 温区之间, 高于原方案所得的-50.1~-24.2°C 温区;

在整个雷暴云的发展过程中新方案冰晶的 分布高度、温度区间以及最大浓度值均大于原方案. (2)在新方案中,温度相对较高的过冷区产生大量冰晶,其 争食云中水汽抑制了云滴、雨滴的增长.此外,与原方案相比,霰增长受雨滴大幅减小的影响进一步得到限制, 导致生成的霰小于原方案,且空间分布具有较大区别. (3)两方案在雷暴云初期形成的电荷结构不同;

在发展旺 盛与消散阶段新方案中电荷空间分布区域和电荷量均大于原方案,此外,在不同时刻主正电荷区和主负电荷区的 中心高度存在差异.本文对云微物理过程及起电的分析为后继探讨气溶胶与雷暴云起放电过程、电荷结构之间的 相互关系提供了有利条件. 关键词 冰晶 核化方案 微物理过程 云模式 文章编号 1006-9895(2015)02-0289-14 中图分类号 P446 文献标识码 A doi:10.3878/j.issn.1006-9895.1405.13330 Numerical Simulation Research on the Effect of Ice Nucleation on Thundercloud Microphysical Process and Electrification TAN Yongbo 1,

2 , YANG Yi1,

2 , SHI Zheng1,

2 , ZHOU Bowen 1,

2 , ZHANG Dongdong 1,

2 , and LIAO Yihui1,

2 1 Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters, Nanjing University of Information Science &

Technology, Nanjing

210044 2 Key Laboratory for Aerosol-Cloud-Precipitation of China Meteorological Administration, Nanjing University of Information Science &

Technology, Nanjing

210044 Abstract Based on an existing two-dimensional convective cloud model, this work adopts a nucleation scheme associated with aerosols to replace the original ice crystal nucleation empirical formula, and conducts a simulation contrast test on the two schemes. Simulation results show that: (1) The mass of ice crystals in the new scheme is mainly distributed in the -50.1°C to -7.6°C temperature region, higher than the original scheme'

s temperature region of -50.1°C to -24.2°C. Throughout the thundercloud development process in the new scheme, the distribution height, temperature 收稿日期 2013-12-10;

网络预出版日期 2014-05-23 资助项目 国家重点基础研究发展计划(973计划)项目2014CB441403,国家自然科学基金项目