【摘要】：對流云是我國各地常出現(xiàn)的重要降水云系,深入研究對流云的演變規(guī)律、降水機制和對流云催化方案和效果,對于其降水預報以及實際外場人工消減雨作業(yè)都是至關重要的。本文使用CAMS云模式(將CAMS云微物理方案耦合進WRF中尺度數(shù)值模式中),針對2015年8月22日北京平谷地區(qū)一次小尺度對流云團降水過程,結合實況觀測,開展自然云和催化模擬研究。首先分別使用NCEP FNL資料和LAPS(Local Analysis and Prediction System)資料作為模式的初始場啟動模式,模擬研究了不同初始場對該類云的模擬能力;揭示了該類對流云系降水的物理機制;在此基礎上,模擬了碘化銀催化劑在此次對流云過程中采用不同催化方案得到的催化效果。得到一些重要認識。主要結果有:1.通過對該對流云團的模擬,分析了CAMS云模式對多單體對流云團的模擬能力。結果顯示,使用CAMS云模式模擬的云帶、雷達回波、雨量以及對流單體的尺度、形狀、位置與實況較為一致。2.對比分析了使用NCEP FNL和LAPS兩種初始場的模擬結果與實況的差異,結果顯示,使用LAPS初始場模擬的對流云團的尺度、形狀、位置和演變情況的模擬結果要優(yōu)于使用NCEP FNL初始場的模擬結果;特別是對對流云團演變過程的模擬,LAPS初始場的結果在前6h的模擬結果更接近實況,14:00以后,模擬的對流云團的演變過程較實況稍有滯后,生命史大約延長2h左右。而使用NCEP初始場對層狀云的模擬結果更有優(yōu)勢。3.在LAPS初始場對云結構的模擬結果基礎上,研究了自然云的微物理結構特征和降水機制,結果顯示:該對流云團是冷暖混合性質的降水云系。冰晶通過凇附增長過程形成霰粒子,霰粒子融化形成雨滴是產(chǎn)生降水的主要微物理過程。該對流云團的降水機制為冷云降水機制與暖云降水機制相結合,其中冷云降水為主要機制,而暖區(qū)的供水云則對降水起到了增強作用。4.使用CAMS云模式中的碘化銀催化模塊,對對流云團進行催化數(shù)值模擬控制試驗,旨在研究不同劑量、不同時機和部位實施催化的效果,同時可為外場人工消減雨實際作業(yè)提供理論指導。主要結論有:1)在對流云團發(fā)展、成熟、消散階段采用過量催化的方式都能不同程度地起到抑制降水的作用,在成熟階段采用多次催化的方式催化對流單體,催化減雨效果最好;2)當使用的催化劑劑量越大時,區(qū)域平均減雨量也越大;3)減雨時段主要集中在催化后2h以內;催化后40min減雨效果最為明顯;4)催化后區(qū)域平均雨量有先減少后增加的趨勢;5)在早期實施催化作業(yè)時,劑量不夠大時將會在催化后3h有較明顯的增雨效果,成熟階段的催化作業(yè)則不會帶來明顯的增雨;消散階段的催化作業(yè)則隨著云體消散,一直維持減雨。催化劑量越大,減雨效果越明顯,地面凈減雨量越大;6)催化作業(yè)造成減雨的主要原因是由于高層出現(xiàn)更多粒徑較小的霰粒子,導致下落至暖區(qū)的霰含量減少,從而使得融化形成雨滴的粒子含量減少,造成了地面的減雨。
【圖文】：

圖 2.1 WRF 模式框架及工作流程(引自文獻)[71]2.2 CAMS 微物理方案簡介的水汽凝結或凝華形成大量的微小水滴、過冷水滴、冰晶云中分布。為描述不同種類水凝物粒子的相變過程、增長的微物理過程，需要抓住粒子群的主要特征，用少數(shù)參書對流云系，CAMS 方案中把水凝物分為云滴（半徑小于 （直徑大于 0.02cm 的水滴）、冰晶（包括雪團）、霰（包于 0.5cm 的冰球）五種。用單位質量空氣中所含該水凝物Qc,Qr,Qi，Qg，，Qs）和單位質量空氣中所含該水凝物粒子，Ns，Ng，Nr）這兩個參數(shù)來描述水凝物粒子群的特征，簡單數(shù)方案。 方案最早是由中國氣象科學研究院胡志晉[50]等發(fā)展的一方案。本文使用的是由高文華 [50]改進后的 CAMS 方案， 水 量 （ Qv,Qc ） ， 冰 晶 、 雪 晶 、 雨 水 和 霰 的 比 水 量

CAMS云方案微物理過程示意
【學位授予單位】：國防科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P456.7;P426.5;P481

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