云凝结核浓度对台风“珍珠”个例的影响的数值模拟研究

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热带气旋是对流层中最强大的伴有狂风暴雨的暖性气旋式涡旋,其所引起的灾害是全球发生频率最高、影响最为严重的一种自然灾害,但其降水作为沿海国家或地区夏季降水的主要组成部分,却又是当地人民生活和生产所必需的,因此对热带气旋的发生发展进行研究,意义重大。近年来,世界经济迅速发展,但与此同时也创造出了数以万亿吨的工业污染物。如今,人为造成的气溶胶颗粒的增多已使全球大气中的气溶胶颗粒含量大大超过了前工业化时期,气溶胶的间接天气、气候效应不容忽视。所以,研究作为云凝结核(CCN)的气溶胶的浓度变化对热带气旋产生的影响,是对人为控制热带气旋强度的可行性研究的一个重要组成部分,且能为社会的促进生产发展和防灾减灾工作提供一定的帮助。 本论文使用了第五代美国宾州大学—美国国家大气研究中心(PSU—NCAR)非静力中尺度数值天气模式(MM5),选取了墨卡托(MERCAT)地图投影的三重双向嵌套网格区域(水平网格距分别为27km、9km以及3km)对发生在西北太平洋海区内的台风“珍珠”(0601)进行了三个试验(一个控制性试验(CTL试验)和两个敏感性试验)。模拟时段为从2006年5月15日12时至18日00时(本论文的时间均为世界时(UTC)),共60小时。CTL试验使用Bogus技术、LITTLE_R数据同化系统以及Reisner2显式微物理方案来模拟出了合理的并能代表实况的“珍珠”,作为两个敏感性试验的基准。 我们通过改变CTL试验的Reisner2方案里的云凝结核浓度(CNP)参数的模式默认值(100个/cm3)来进行了两个敏感性试验,分别是非常清洁的海洋性云凝结核浓度试验(VCM试验)(CNP=25个/Cm3)和严重污染情况下的云凝结核浓度试验(SC试验)(CNP=1000个/Cm3)。我们对比分析三个模拟试验得到的“珍珠”的路径、强度、降水、垂直结构以及微物理过程的情况,以探讨不同的CNP对“珍珠”各方面特征的影响。最后我们应用Sui等的降水形态分类方法,将三个模拟试验的“珍珠”的降水区域分成了三类(层状性、混合性和对流性),并对比分析了“珍珠”的各类降水区域对不同的CNP的响应情况。分析结果表明: (1)从整体的模拟结果来看,“珍珠”的强度是随着CNP的增大而减弱的,但减弱的效果不是很明显; (2)在微物理过程的垂直积分量方面,使云水增长的主要微物理过程的强度随着CNP的增大而增强,使得云水混合比与CNP呈正比关系;使霰增长的微物理过程的强度有的随着CNP的增大而加强了,有的却减弱了,最后导致霰的混合比与CNP呈反比关系;而对雪的增长有正贡献和负贡献的微物理过程的强度都随着CNP的增大而加强了,令雪的混合比并没有随着CNP的增大而明显地增大或减小; (3)层状性降水区域格点数占总降水区域格点数的比例随着CNP的增大而减小,对流性降水区域的则随着CNP的增大而增大,混合性降水区域的与CNP的关系不明显; (4)与液态水成物的增长相关的微物理过程在各类降水区域中所占的优势会随着CNP的增大而减小,与冰相水成物的增长有关的微物理过程的情况则相反; (5)在层状性降水区域中,冰相水成物在降水云中所占的优势会随着CNP的增大而变小;在对流性降水区域里,液态水成物在降水云中所占的优势以SC试验的为最大,以CTL试验的为最小;而混合性降水区域的降水云中的液态水成物所占优势的大小对CNP的变化不是很敏感。
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