2007年7月7-8日梅雨锋强降水过程云雨结构的分析与模拟

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综合多种观测资料分析了2007年7月7-8日发生在淮河流域的一次典型梅雨锋强降水过程的云雨结构,将分析结果应用于检验WRF模式的显式对流方案,并用不同的微物理参数化方案来表征微物理过程对中尺度对流系统动力、热力等方面的影响,揭示云和降水的参数化问题在模拟中尺度对流系统的发展演变过程和结构方面的重要性。 观测表明:成熟期的梅雨锋云系准东西向绵延近千公里,由南往北有相邻的对流雨区、层状雨区及层状非降水性云体共存,对流和层状雨带分别为10-20 km和100多公里宽;梅雨锋云系发展过程中,新的对流单体主要出现在对流线西端,东移过程中发展增强,云顶可达16 km,衰减后与层状雨区融合,云顶主要位于13 km左右;对流性降水和层状降水中雷达反射率因子(dBZ)的垂直廓线有很大不同。 用三种微物理参数化方案对此过程进行显示对流模拟,即Lin(1M-L)、Thompson(1M-T)和Morrison(2M)。结果显示,与观测相比,各方案均较好地再现了地面累积降水的分布和梅雨锋云系云雨结构的主要特征及发生、发展演变过程,而且模拟的各种水凝物质量的垂直分布在对流与层状降水区域合理地呈现不同特点。但是,2M不仅合理的再现了地面降水的分布及强度,也反映出观测中所显示的梅雨锋南侧的强对流带及其东北侧宽广的层云结构:而1M-L和1M-T产生的层云面积过小且消散过快,对流发展过强且面积偏大,以致低估了层云降水,而高估了对流性降水。也可以看出,在用相同的动力、热力和边界强迫的情况下,微物理参数化方案在反映系统的发生、发展和微物理结构上有很大差别,微物理过程通过进一步综合影响中尺度系统的动力、热力结构来呈现出不同的中尺度环流特征。 经分析模拟结果及敏感性实验可知,导致1M-T中层云降水偏弱的主要因素是层状降水中的蒸发过强。1M-L中层云降水偏弱是源于模拟结果中高层冰相粒子过少,使从对流云向层云输送的过少,这主要是由以下两个原因造成的:在卷出层高度,冰相粒子过少;对流云中的降落通量过大,致使有更多的水凝物迅速的降落出云体,留下来的更少。1M-L对流性降水中冰相水凝物以霰为主,使其总的冰相降落通量在三个微物理参数化方案中达到最大,因此使对流云中降水强度过大。1M-T对流性降水中冰相水凝物以雪为主,冰相水凝物的降落通量仅次于1M-L,对流性降水也偏大。2M模拟结果中,中层大气有对流地区向层状地区的正浮力和水平平流,这有利于层云中冰粒子进一步的凝结增长。1M-L和1M-T中对流强度偏强且夹卷高度过高,这与模拟结果中两者中高层有强的潜热加热有关。
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