气溶胶对暖云影响的数值模拟

【摘要】：在中国气象科学研究院云模式的基础上,增加了气溶胶、云凝结核和云滴数浓度的预报量和微物理过程,改进了该模式的暖云物理方案。 利用改进后的模式,研究了不同初始浓度和谱分布特征的气溶胶粒子对暖云的影响,以及大核( r 1.0μm)对暖云降水可能造成的影响,并对比分析了海洋性和大陆性两种背景条件下的气溶胶对暖云形成发展带来的差异及其原因。文中还结合两次北京地区飞机观测的气溶胶资料,通过对比分析和数值试验,研究了北京地区不同气溶胶状况对云凝结核(CCN)、云滴浓度和含水量等微物理特征的影响。本论文的主要结论有: (1)海洋性气溶胶与大陆性气溶胶对CCN、云滴浓度和云中含水量的影响存在显著差别。大陆性云的CCN浓度要远多于海洋性云的CCN浓度。在地面0.5km处,过饱和度为1%的情况下,海洋性云的CCN浓度一般约为1.0×102个/cm3,同样过饱和度下,大陆性云的CCN的浓度约为1.0×103/cm3。则相应的大陆性云的云滴浓度也较海洋性云多,因此大陆性云的云滴尺度要小于海洋性云的云滴尺度。总体上说,海洋性气溶胶谱分布在一定程度上较大陆性气溶胶气溶胶谱分布有利于降水的形成。 (2)不同的大陆性气溶胶总浓度和谱分布特征对暖云的影响也有显著差异。气溶胶总浓度和谱分布特征明显影响着云凝结核浓度。当半径大于0.1μm气溶胶浓度增加时,将会增加云凝结核和云滴的浓度。但是如果增加的是半径小于0.1μm的气溶胶粒子,则对云凝结核和云滴浓度不会造成明显的影响。这主要是因为半径小于0.1μm的气溶胶粒子基本不会核化形成云凝结核。总体上气溶胶浓度和谱分布特征对云水含量的影响比较小。不同气溶胶浓度和谱分布特征的实况个例模拟和敏感性试验也进一步说明,增加0. 1μm r1.0μm的气溶胶粒子的浓度,由于将显著增加CCN和云滴浓度,不利于云滴谱的拓宽和云中碰并过程的发生,进而在一定程度上会抑制降水的形成过程。 (3)在云的发展初期,半径大于1.0μm的气溶胶浓度有利于大云滴的生成和云中碰并过程的发生,因而云发展初期增加半径大于1.0μm的气溶胶浓度,会促进降水的产生。但是在云的发展后期,这类气溶胶对降水的发展没有明显的影响。 【关键词】：气溶胶 云凝结核 暖云 云模式
【学位授予单位】：中国气象科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：P426.51
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSRRACT5-7
• 第一章 绪论7-15
• 1.1 气溶胶对云物理过程的影响7-9
• 1.2 大气凝结增长过程9
• 1.3 气溶胶核化过程的参数化方案9-13
• 1.3.1 体积水方案9-12
• 1.3.2 分档方案12-13
• 1.4 结语13-14
• 1.5 本文的主要工作14-15
• 1.5.1 本论文的主要研究目的和意义14
• 1.5.2 本论文的主要研究内容14-15
• 第二章 模式介绍15-22
• 2.1 模式基本预报方程15-16
• 2.2 云物理过程参数化方程16-18
• 2.3 气溶胶物理过程的参数化方案18-20
• 2.3.1 气溶胶的核化18-19
• 2.3.2 云凝结核的核化19-20
• 2.4 模式的初始条件20-22
• 2.4.1 气溶胶初始条件20-21
• 2.4.2 初始扰动21-22
• 第三章 模拟结果和数值试验22-42
• 3.1 模式分辨率对气溶胶核化过程的影响22-23
• 3.2 气溶胶化学性质对核化过程的影响23-25
• 3.3 不同背景气溶胶对暖云影响的数值模拟25-29
• 3.3.1 初始条件25-26
• 3.3.2 模拟的海洋性云的微物理特征26-27
• 3.3.3 模拟的大陆性云的微物理特征27-28
• 3.3.4 不同背景气溶胶的影响28-29
• 3.3.5 小结29
• 3.4 不同浓度气溶胶对暖云的影响29-34
• 3.4.1 实况介绍29-30
• 3.4.2 气溶胶对暖云微物理结构的影响30-32
• 3.4.3 气溶胶对云中粒子谱分布的影响32-33
• 3.4.4 小结33-34
• 3.5 敏感性试验34-40
• 3.5.1 初始条件34-35
• 3.5.2 模拟的云的微物理特征35-37
• 3.5.3 气溶胶对云微物理过程影响的分析37-39
• 3.5.4 小结和讨论39-40
• 3.6 半径较大的气溶胶对暖云的影响40-42
• 第四章 总结和讨论42-44
• 4.1 主要研究结论42-43
• 4.2 存在的问题和研究展望43-44
• 致谢44-45
• 参考文献45-51
• 附图51-81
• 个人简介81

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