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一次层状云系水分收支和降水机制的数值研究 总被引：7，自引：0，他引：7
对2002年10月18—20日河南省层状云系的水分收支和降水机制用MM5模式模拟的结果表明,河南省域以外的水物质主要通过西和南边界输送到区域内,19日降水主要时段总水物质通量在水平方向上为净流入。对河南省域水汽、水凝物和总水物质的水分平衡等式中各项的估算表明该区域水物质基本达到收支平衡。估算的河南省域总水物质降水效率、凝结率、凝华率和水凝物降水效率及水汽降水效率分别约33.1%、27.7%、13.1%、69.7%和31.1%,总水物质降水效率与水汽降水效率接近是由于参与的水物质总量中水汽占绝大部分。约58.2%以上的冰晶转化为雪,超过82.1%的雪融化,不到11.1%的雪转化为霰,霰粒子几乎完全融化。冰晶通过凝华过程增长。雪主要由冰晶转化产生,凝华增长率比撞冻增长率高得多。雨水由暖云和冷云过程产生和增长,雨水碰并云水量和冰粒子融化量对雨水的贡献相近,云雨自动转化量小。可见,在主要降水时段,降水是由冷云和暖云过程共同产生的。冰粒子凝华增长对雨水的贡献最大超过35%,撞冻增长的贡献最高不足12%,可见水汽对降水粒子增长重要。催化层、冰水混合层和液水层对降水的贡献分别约为15%—27%、45%—50%和23%—38%,表明此"催化-供给"云中冰粒子在冰水混合层的增长对降水的贡献相当大。 相似文献
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北京冬季降雪云系存在丰富的可开发利用的云水资源。出于人工增雪研究和充分开发云水资源的需要,文中对北京2019年11月29日发生的年度首场降雪进行了观测,对其资料做了分析和中尺度数值模拟,研究了降雪过程的宏观特征、水凝物输送及降雪的微物理机制。结果表明:影响本次北京降雪的是稳定性层状冷云云系,水凝物主要从北京区域的西边界和南边界输送到区域内,而从东边界和北边界流出,具有西向和南向分量的湿气流是降雪云系水物质的输送通道。降雪云中的水凝物基本全为冰晶和雪,有少量的云水,整层云系都含有非常丰富的水汽并且贯穿整个降雪时段。在冰面过饱和环境中,水汽凝华（Prds）是雪的主要增长过程;其次是云冰增长成雪（Prci）和云冰聚合成雪（Prai）的过程。 相似文献
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利用ARPS中尺度数值模式对河南省2005年3月20—21日层状云系降水过程中的云水资源特征进行了模拟分析,模式主要计算了水汽收支状况、云中水分的微物理转化和降水效率等。结果表明,充沛的水汽输送为云系的形成和发展提供了有利条件,河南省域的水汽收入主要是水平流入,地表蒸发的贡献相对较小。河南南边界和西边界是此次降水过程水汽的主要水平流入边界,东边界和北边界是水汽的主要水平流出边界,较强的流入高度在2km附近。云系呈明显的垂直分层结构,平均0℃层在2.5km高度附近。6km高度以上的高云为冰云,2.5~6km高度之间的中云为冰水混合云,2.5km以下的低云为水云,符合“播撒-供给”云结构。雪和霰主要在4km高度左右生长,雨水主要在2.5km高度左右的0℃层附近生长。全省小时降水效率和地面小时降水量的时间变化趋势较为一致,但明显滞后于水汽流入率的时间变化。在降水较强时段,河南省域的小时降水效率为20%~30%。降水效率的分布形势与累计降水较为一致,河南南部较高、北部较低。 相似文献
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一次积层混合云降水实例的数值模拟分析 总被引：8，自引：1，他引：7
观测显示,积层混合云有自己独特的动力热力结构,降水过程也有自己的特点,但过去关于积层混合云的实例模拟工作较少.2007年9月28日在我国华北地区发生了一次积层混合云降水过程.利用WRF-ARW中尺度数值模式,对这一个例进行了实例模拟,并结合常规观测、卫星和雷达资料分析模拟结果,表明:此次积层混合云系是降水云系减弱,层状云发展形成的.在降水物理过程中,此次积层混合云不仅具有积云和层云形态混合的特征,还具有冷云过程和暖云过程共存的相态混合的特征;中层的大范围辐合和相应的较均匀上升气流场支撑着层状云,而在均匀上升气流场中的波动导致了对流云镶嵌其中;有迹象表明,条件对称不稳定是维持此次积层混合云发展的动力因子. 相似文献
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利用2018年1月1日至12月31日逐小时欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)第五代全球大气再分析产品——ERA5和中国气象局多源降水分析系统(CMA multi-source precipitation analysis system,CMPAS)中逐小时降水产品(CMPAS-hourly),采用基于大气水物质收支平衡方程的水物质评估方法对广东2018年空中云水资源及空中水汽、水凝物时空分布进行评估。对广东省整体而言,2018年水汽降水效率为5.1%,水凝物降水效率为89.6%,水汽和水凝物都为净输出。从空间分布来看,水汽总量自西南向东北逐渐减少,水凝物总量高值区在粤西云雾山、天露山及粤东莲花山的南坡,云水资源总量从北部山区向沿海地区逐渐减小,水凝物降水效率从沿海地区向北部山区逐渐减小。从时间变化来看,水汽总量在夏季最大,水凝物总量在8月下半月和9月上半月最大,云水资源总量非汛期高于汛期;水汽和云水资源的变化月内尺度大于天气尺度,水凝物的变化天气尺度大于月内尺度。 相似文献
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积层混合云结构特征及降水机理的个例模拟研究 总被引：2，自引：1，他引：1
积层混合云是我国一种重要的降水系统, 其降水既有对流云又有层状云特征。基于积层混合云的重要性, 本文利用中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecasting Model), 结合三维粒子运行增长模式对2012年5月29日北京地区的一次积层混合云降过程进行了模拟研究。模拟的降水与雷达回波与实测结果基本一致。在此基础上, 重点分析了混合云系中积状云与层状云各自的微物理结构特征与降水的发生机理等。结果表明:降水过程云内存在着明显的“播种—供给”机制, 层状云中“播种—供给”机制相对简单。而对流云区中由于降水粒子可以发生上下多次的循环增长, “播种—供给”机制可在云的上下层间双向进行, 云中粒子群可以增长得更大。在积层混合云中, 在低层, 层状云中已有的水凝物粒子进入内嵌的积云块中, 而在高层水成物粒子又从积云中落到层云中, 积层混合云系充分发挥了积云和层云各自的优势, 从而降水效率较高。 相似文献
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华北地区一次积层混合云降水的数值模拟研究 总被引：5，自引：0，他引：5
利用WRF ARW中尺度数值模式对2009年4月18日华北地区的一次积层混合云系降水进行模拟。首先,对实况的天气形势和雷达反射率及垂直剖面进行分析;并通过垂直剖面对其流场结构概念图进行分析;然后,通过对比,模拟的自然降水分布与实测结果基本一致,模拟的雷达组合反射率和雷达反射率的垂直剖面与实测结果也基本一致;通过分析云中各要素的分布,了解了积层混合云系的微物理特征和动力特征;最后对积层混合云降水机制进行探讨。结果表明：积层混合云水凝物含水量分布不均匀,对流云和层状云相互粘连跨接,水平方向充分混合,雨水的大值中心、云水的大值中心及冰晶的大值区相互对应,存在播撒-供给机制。从动力场来看,在低层对流云区域垂直上升速度较大,高层对流云区域的旁侧有较明显的下沉气流,云区低层存在辐合,高层存在辐散,此种配置有利于维持云系的发展。积层混合云不仅在层状云区有层状云的简单的＂播撒-供给＂机制,或在积状云区有粒子群的循环增长机制,而且可以发生层云—积云间的粒子群交换。 相似文献
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利用中尺度数值模式WRF-ARW（V3.2）对2009年4月18-19日发生在张家口地区的一次积层混合云降水进行了模拟,并结合观测资料从不同尺度对这次降水过程进行了对比分析.结果表明：700 hPa西风槽、850 hPa低涡是影响这次降水的主要天气系统,来自南方的暖湿空气和西北内蒙古低涡带来的水汽是这次降水的主要水汽来源,两股水汽在张家口附近低层出现了大尺度辐合,有利于该地区云系的发展、降水的形成;降水云系呈东北-西南向带状分布,带长约1 000 km,带宽300km,在大片的云带中分布着很多个小的高值中心,中心区域一般在几十千米;结合雷达回波可以看到在均匀的回波层中镶嵌着柱状对流回波,具有典型的积层混合云降水回波特征;沿着雷达回波做剖面,发现云中云水含量分布无论是水平方向还是垂直方向都是不均匀的,雨水的大值中心与上层的霰、雪的大值中心相对应,中心水平范围在1020 km. 相似文献
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因复杂地形下热力和动力抬升对近地面空气的扰动作用,贵州地区容易形成内部嵌有许多小对流单体的积层混合云.选取2005年5月29日发生在贵州省的一次积层混合云降水个例进行分析,并利用WRF模式模拟该云系的生成、发展过程.结果表明:积层混合云由积云并合扩展层化形成,其发展过程经历三个典型的并合阶段.云系的降水特点是降水范围很大,分布不均匀,雨区中存在多个强降水中心,降水量累计最大值可达60 mm,且强降水中心与云中小对流单体的位置对应;积层混合云形成过程中,地面产生强降水的最终原因是,云并合过程中释放的不稳定能量改变了云中的气流场和含水量场. 相似文献
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Both water vapor and heat processes play key roles in producing surface rainfall.While the water vapor effects of sea surface temperature and cloud radiative and microphysical processes on surface rainfall have been investigated in previous studies,the thermal effects on rainfall are analyzed in this study using a series of two-dimensional equilibrium cloud-resolving model experiments forced by zonally-uniform,constant,large-scale zonal wind and zero large-scale vertical velocity.The analysis of thermally-related surface rainfall budget reveals that the model domain mean surface rain rate is primarily associated with the mean infrared cooling rate.Convective rainfall and transport of hydrometeor concentration from convective regions to raining stratiform regions corresponds to the heat divergence over convective regions,whereas stratiform rainfall corresponds to the transport of hydrometeor concentration from convective regions and heat divergence over raining stratiform regions.The heat divergence over convective regions is mainly balanced by the heat convergence over rainfall-free regions,which is,in turn,offset by the radiative cooling over rainfall-free regions.The sensitivity experiments of rainfall to the effects of sea surface temperature and cloud radiative and microphysical processes show that the sea surface temperature and cloud processes affect convective rainfall through the changes in infrared cooling rate over rainfall-free regions and transport rate of heat from convective regions to rainfall-free regions. 相似文献
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The diurnal cycles of precipitation over north China during summer in four strong rainfall years are examined using two-dimensional cloud-resolving modeling data. The diurnal signals are analyzed in terms of precipitation budget, fractional rainfall coverage and rain intensity over convective and stratiform rainfall area. The analysis of precipitation budget shows that the diurnal cycles of convective and stratiform precipitation mainly correspond respectively to those of water vapor convergence and transport of hydrometeor from convective rainfall area to stratiform rainfall area in 1964, 1994 and 1995, whereas they mainly correspond to those of water vapor convergence in 2013. The diurnal cycles of convective and stratiform precipitation are mainly associated with those of rain intensity in 1964, 1994 and 1995. In 2013, the diurnal cycle of stratiform precipitation is mainly related to that of fractional rainfall coverage over stratiform rainfall area. The multiple peaks of convective precipitation mainly correspond to the rain intensity maxima associated with strong water vapor convergence. 相似文献
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利用2019年5～10月布设于三江源地区隆宝高寒湿地的激光雨滴谱仪观测资料,分析高原山区夏秋季层状云降水和对流云降水雨滴微物理特征、平均雨滴谱分布、下落速度及Z-R关系.结果表明:三江源隆宝地区夏秋季对流云降水和层状云降水的雨滴微物理特征具有一定程度的相似性,对流云降水雨滴微物理参量略大于层状云降水;层状云降水和对流云... 相似文献
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Summary Cloud microphysical properties in tropical convective and stratiform regions are examined based on hourly zonal-mean data
from a two-dimensional cloud-resolving simulation. The model is integrated for 21 days with the imposed large-scale vertical
velocity, zonal wind and horizontal advections obtained from Tropical Ocean Global Atmosphere Coupled Ocean-atmosphere Response
Experiment (TOGA COARE). Time-mean cloud microphysical budgets are analyzed in raining stratiform regions, convective regions,
and non-raining stratiform regions, respectively. In raining stratiform regions, ice water path (IWP) and liquid water path
(LWP) have similar magnitudes. The collection process contributes slightly more to the growth of raindrops than the melting
processes do, and surface rain rate is higher than the raindrop-related microphysical rate, indicating that the hydrometeor
convergence from the convective regions plays a role in surface rainfall processes. In convective regions, IWP is much smaller
than LWP, the collection process is dominant in producing raindrops, and surface rain rate is lower than the raindrop-related
microphysical rate. In non-raining stratiform regions, IWP is much larger than LWP, and the melting processes are important
in maintaining the raindrop budget. The statistical analysis of hourly data suggests that the slopes of linear regression
equations between IWP and LWP in three regions are different. Rain producing processes in convective regions are associated
with the water cloud processes regardless of convection intensity. 相似文献
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“碧利斯”(0604)暴雨过程不同类型降水云微物理特征分析 总被引：2，自引：3，他引：2
本文利用"碧利斯"(0604)暴雨增幅过程高分辨率的数值模拟资料, 将降水分成对流降水和层云降水, 对比分析了不同类型降水云微物理特征和过程的差异, 探讨了不同类型降水对暴雨增幅的贡献, 结果指出:(1)暴雨增幅前, 降水基本为层云降水, 对流降水只存在于零星的几个小区域, 暴雨增幅发生时段, 对流降水所占比例较暴雨增幅前有显著增加, 平均降水强度达层云降水强度的3倍多。(2)暴雨增幅时段, 云系发展更加旺盛, 云中各种水凝物含量较增幅前明显增加, 其中, 对流和层云降水区云中水凝物含量均有一定程度增长, 但对流降水区增加更显著;而无论增幅前还是增幅时段, 对流降水区云中水凝物含量均要明显大于层云降水区, 并且两者的这种差异随着地面降水强度的增强而增大。(3)暴雨增幅前后, 对流降水区雨滴的两个主要来源最终均可以追踪到云水, 通过云水与大的液相粒子(雨滴)和大的固相粒子(雪)之间、以及大的固相粒子(雪和霰)之间的相互作用和转化, 造成雨滴增长, 并最终形成地面降水, 而层云降水区中与雨滴形成相关的上述主要云微物理过程明显变弱, 但层云降水区中暴雨增幅时段的上述过程又要强于增幅前, 说明层云降水对暴雨增幅也有一定贡献。 相似文献
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Differences in rainfall budgets between convective and stratiform regions of a torrential rainfall event were investigated using high-resolution simulation data produced by the Weather Research and Forecasting(WRF) model. The convective and stratiform regions were reasonably separated by the radar-based convective–stratiform partitioning method, and the threedimensional WRF-based precipitation equation combining water vapor and hydrometeor budgets was further used to analyze the rainfall budgets. The results showed that the magnitude of precipitation budget processes in the convective region was one order larger than that in the stratiform region. In convective/stratiform updraft regions, precipitation was mainly from the contribution of moisture-related processes, with a small negative contribution from cloud-related processes. In convective/stratiform downdraft regions, cloud-related processes played positive roles in precipitation, while moisture-related processes made a negative contribution. Moisture flux convergence played a dominant role in the moisture-related processes in convective or stratiform updraft regions, which was closely related to large-scale dynamics. Differences in cloud-related processes between convective and stratiform regions were more complex compared with those in moisture-related processes.Both liquid-and ice-phase microphysical processes were strong in convective/stratiform updraft regions, and ice-phase processes were dominant in convective/stratiform downdraft regions. There was strong net latent heating within almost the whole troposphere in updraft regions, especially in the convective updraft region, while the net latent heating(cooling) mainly existed above(below) the zero-layer in convective/stratiform downdraft regions. 相似文献
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EVALUATION OF CONVECTIVE-STRATIFORM RAINFALL SEPARATION SCHEMES BY PRECIPITATION AND CLOUD STATISTICS 总被引：1，自引：1，他引：0
In this study,two convective-stratiform rainfall partitioning schemes are evaluated using precipitation and cloud statistics for different rainfall types categorized by applying surface rainfall equation on grid-scale data from a two-dimensional cloud-resolving model simulation.One scheme is based on surface rainfall intensity whereas the other is based on cloud content information.The model is largely forced by the large-scale vertical velocity derived from the Tropical Ocean Global Atmosphere Coupled Ocean-Atmosphere Response Experiment(TOGA COARE).The results reveal that over 40% of convective rainfall is associated with water vapor divergence,which primarily comes from the rainfall type with local atmospheric drying and water hydrometeor loss/convergence,caused by precipitation and evaporation of rain.More than 40% of stratiform rainfall is related to water vapor convergence,which largely comes from the rainfall type with local atmospheric moistening and hydrometeor loss/convergence attributable to water clouds through precipitation and the evaporation of rain and ice clouds through the conversion from ice hydrometeor to water hydrometeor.This implies that the separation methods based on surface rainfall and cloud content may not clearly separate convective and stratiform rainfall. 相似文献
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积-层混合云是影响北京地区的重要降水云系,运用飞机探测资料结合中尺度数值模式WRF,对2014年9月23日发生在北京地区的一次积-层混合云系的垂直结构和降水机制进行了探测资料分析和数值模拟研究。通过分析云系的雷达回波演变,发现云中的对流泡没有出现爆发式增长,回波在垂直方向上增长不明显,此次过程属于积-层水平混合型云系降水。飞机探测资料分析显示,上、下午探测云系的液态水含量都不高（最大低于1 g/m3）;在云系不同高度,飞机探测到的冰晶形状主要有板状、针柱状、辐枝状和不规则状,由于云中过冷水含量相对较低,聚合冰晶的数量明显多于凇附冰晶,冰晶的聚合是云中粒子增长的主要过程。对模拟云系垂直微物理结构和降水粒子的源、汇项分析得到:高层,由凝华产生的冰晶和雪晶在过冷水含量较低的环境中不断聚并、长大并下落,云系中霰的含量很低,增大的冰晶和雪晶下落至0℃层附近融化是产生地面降水的主要机制。此外,融化层附近,雨滴捕获云滴不断长大并下降至地面也是地面降水的另一个重要来源。 相似文献