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相似文献
 共查询到19条相似文献,搜索用时 547 毫秒
1.
对由六角形冰晶粒子组成的冰云的14种冰晶尺度分布,分别用等效球Mie理论和射线光学理论计算了它们在从可见光到近红外谱区的17个波长上的散射特性参量。并利用由等效球Mie理论获得的散射参数及冰晶尺度分布特征参量re(有效半径)建立了冰云光学特性的参数化公式。这些参数化公式的最大相对误差小于5%。  相似文献   

2.
基于大气模式CAM5对比分析了三套基于物理过程发展而来的冰晶核化参数化方案,包括BN方案、KL方案和CAM5自带的LP方案。针对三个方案的离线测试结果表明,由LP和BN方案计算得出的冰晶数浓度随硫酸盐溶液滴的数浓度增加而明显增加,而KL方案对硫酸盐溶液滴的数浓度不敏感;CAM5模拟结果显示,这三套方案得出的云辐射强迫、冰晶数浓度及其概率分布非常相似,基本上都接近观测。但是,使用KL方案得出的全球平均云长波辐射强迫从工业革命前到当代增加0.05 W·m~(-2),明显低于LP方案的0.36 W·m~(-2)和BN方案的0.33 W·m~(-2);由此可见,选择哪个冰晶核化参数化方案不会明显影响模式对冰云的模拟性能,但对评估人为产生气溶胶的间接效应可能有显著影响。  相似文献   

3.
对非球形冰晶94 GHz云雷达后向散射和衰减的研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
针对94 GHz毫米波云雷达的数据处理,基于离散偶极子近似法(DDA)计算了几种非球形冰晶的后向散射及衰减效率,探讨了不同冰云模型下冰云的雷达反射率因子(Z_e)和衰减系数(k)及冰水含量(IWC,记作W)的关系。结果表明:(1)形状对冰晶的散射及衰减效率与粒子大小有关。(2)在实际的冰云中,将六角形冰晶和椭圆冰晶看做同体积的球形粒子将低估其衰减和后向散射。将聚合物冰晶看做等体积球形,将高估其后向散射及衰减,子弹花冰晶的后向散射与同体积的球形相比有减小也有增大,但是衰减比同体积球形的小。(3)冰云模型对Z_e-k、Z_e-W关系具有较大影响,假设滴谱相同的条件下,得到了具体冰云模型下对应Z_e-k、Z_e-W关系的系数。这些探讨为我国W波段云雷达的数据处理提供了参考。  相似文献   

4.
陈琪  张华  荆现文  谢冰 《气象学报》2017,75(4):607-617
将包含多形状冰晶粒子的冰云辐射参数化方案应用于全球气候模式中,详细讨论了冰云粒子从球形假定到多形状假定的变化对辐射场和气候场的影响。结果显示,冰晶粒子形状假定的引入对冰云光学厚度、辐射通量和加热率以及温度场均有明显的影响。采用新的冰云方案使得全球平均云光学厚度值降低0.28(23%);热带地区降低最为明显,其差异绝对值可达1.02,而在中高纬度陆地地区,两者的冰云光学厚度差别较小。冰晶粒子形状假定改变将导致全球平均的大气顶出射长波辐射通量增加5.52 W/m2(2.3%)。与观测资料的比较表明,多形状冰晶粒子假定明显减小了球形粒子假定对长波出射辐射的低估。对大气加热率廓线的模拟显示,多形状冰晶粒子假定会减弱短波辐射对大气的加热作用,同时增强长波辐射对大气的冷却作用;在热带对流层中高层,这两种影响尤为显著。冰晶粒子形状假定的改变对温度场有明显的影响,热带地区的对流层高层大气温度降低幅度可超过1.5 K。研究表明,冰晶粒子形状假定的改变对模拟的辐射和温度场均有重要的影响。   相似文献   

5.
中尺度数值模拟中的边界层多尺度湍流参数化方案   总被引:5,自引:1,他引:5       下载免费PDF全文
该文在多尺度湍流理论的研究成果基础上, 将边界层湍流风谱与平均量的梯度相联系, 建立了边界层多尺度湍流参数化子模式, 之后放入MM5模式中进行了个例模拟研究, 并与MM5模式附带的M RF边界层参数化、Blackadar高分辨率边界层参数化的模拟结果进行比较和分析。结果表明, 多尺度湍流理论能够反映出实际大气边界层中热量垂直输送的规律, 将其用于中尺度数值预报模式的边界层物理过程参数化是可行的; 多尺度湍流参数化在地表层和边界层内各个层次上都着重考虑含能量最大的涡的作用以及水平热力不均匀性的影响, 因此在地形和下垫面比较复杂的区域, 对中尺度天气系统的模拟有进一步发展的前景。  相似文献   

6.
利用耦合Milbrandt 2-mon(MY)和Morrison 2-mon(MOR)两种双参数微物理方案的WRF中的单柱模式,对TWP-ICE(Tropical Warm Pool International Cloud Experiment)试验期间的个例进行数值模拟。通过与观测资料和云分辨率模式的模拟结果进行对比发现:两种双参数微物理方案能较好地模拟出TWP-ICE期间热带云系的宏观和微观的特征。模拟的降水率、地表向下长波辐射和大气顶向外长波辐射的量级、时间演变趋势与观测相一致;总的液相和冰相水凝物的垂直分布以及随时间的演变特征总体与观测以及云分辨率模式的结果也较接近。在整个时期,两种方案水云中的雨滴宏观和微观特征差异较小,而云滴混合比在两种方案之间的差别显著;冰晶对冰云的贡献在MY方案中占据主导地位,而MOR方案中雪在冰云中扮演的角色相比于在MY方案中更为重要。微观上与MY方案相比,MOR方案中的云滴是由数量更大的小云滴构成,但冰晶却是由数量较少的大冰晶粒子构成。微物理过程转换率的区别是造成两种方案冰云宏观分布特征差异的主要原因。与冰晶和雪有关的微物理过程转换分析表明:活跃期两种方案中与冰晶有关的主要微物理转换项有冰晶的凝华增长、冰晶向雪的自动转化、冰晶被雪碰并以及冰晶的沉降过程。而雪主要的转换项包含沉降和凝华过程等,其中MY方案中雪的主要转换项更为丰富。该时期两种方案冰晶和雪的主要微物理转换项的垂直分布以及量级特征的差异同冰云的宏观分布相一致。季风抑制期,两种方案中冰晶主要的源汇项包括凝华增长和沉降过程。MY方案中凝华凝冻核化也是主要的源汇项之一。抑制期MOR方案中高空的雪发展较强,参与的微物理过程较MY方案更为丰富,主要转换项比MY方案高出约一个量级。  相似文献   

7.
杨平  蔡启铭  蒋兴安 《大气科学》1993,17(4):477-488
本文提出了直接Stokes参量变换的射线追踪方案,优化了作者过去建立的求解六角冰晶粒子散射的射线追踪模式.在冰晶有吸收(折射指数为复数)的情况下,新模式采用了有效折射指数处理粒子内的非单色折射波.其次,新模式还引入了有效单次散射参量,消除了来自几何透射线的前向δ散射效应.最后,根据不同环境温度下的冰云中冰晶粒子的粒径谱分布,本文计算了粒径谱积分平均的3D随机取向六角冰晶粒子的单次散射参量.文中给出的冰晶粒子单次散射参量的数值,对研究冰云辐射特性将有一定参考价值.  相似文献   

8.
利用耦合Milbrandt 2-mon(MY)双参数微物理方案的WRF中的单柱模式,对TWP-ICE试验(Tropical Warm Pool International Cloud Experiment)期间的个例进行数值模拟和敏感性试验。通过与观测资料和云分辨率模式的模拟结果进行对比发现:MY方案默认的双参数版本和单参数版本均能够再现TWP-ICE期间的热带云系的总体宏观和微观特征。MY方案的双参数版本模拟的降水率的演变特征同观测十分吻合,冰相粒子的微观特征同观测事实较为一致。单参数默认版本的降水率、液态云的构成及冰相粒子微观特征方面同观测事实存在明显差距。然而实际业务应用中单参数方案由于计算量较小应用更为广泛,但模拟效果有待改善。为了使方案保持计算量较为合理的同时具有较好的模拟效果,参考双参数控制试验中的冰相物质的微观特征,尝试对单参数方案中冰相粒子的单参数方法进行改进。冰晶单参数改进试验中虽然对于冰晶数浓度采用两种不同的处理方法,但模拟效果均未明显改善。其中冰云总含量更加接近观测,且冰云构成发生显著变化,主要归因于冰晶有效半径的减小间接削弱了雪和霰的发展。云滴含量的异常增强导致液态水含量比观测偏高约一个量级,暖云异常增厚则与上升运动的增强直接相关。雨水含量明显增强及雨滴有效半径减小综合导致了降水率仅有微弱改善。雪的单参数改进试验中,雪的截距值增加及环境场过饱和条件改善促进了冰云的发展。通过适当调整雪的截距的经验诊断公式,雪的截距、液态水含量以及降水率均得到较好的改善;而指定雪截距为常数的处理方式使液态云更为偏厚,降水率演变细节同观测仍然差异显著。改进试验结果表明,单参数方案中采用适当的经验公式诊断雪的截距的处理方法对改善单参数方案的模拟能力具有一定的可行性。  相似文献   

9.
三维冰雹云数值催化模式改进与个例模拟研究   总被引:9,自引:0,他引:9  
李兴宇  洪延超 《气象学报》2005,63(6):874-888
鉴于播撒冰核形成的冰晶与自然冰晶谱型不同,对三维冰雹云催化模式人工引晶物理过程参数化部分进行了改进,将人工引入的冰晶单独作为预报量处理,导出人工冰晶与其他粒子发生的微物理过程的参数化方程。分析了改进模式的催化功能及人工冰晶的微物理过程及其在催化防雹中的作用。结果表明,在同样催化条件下,改进模式的催化效果优于原模式。水汽在碘化银粒子上核化是产生人工冰晶的主要过程。人工冰晶的空间分布特征表明,它与云水和雨水接触的比例要比自然冰晶高得多,因此人工冰晶收集过冷云水增长是其与自然冰晶最大的差别。与自然冰晶相比,人工冰晶向霰转化的数量多,通过人工冰晶形成的冻滴也多。自动转化是消耗人工冰晶的最重要的物理过程。人工冰晶减雹机制是:对雹云催化后,人工冰晶增加使雪、霰和冻滴增加,转化成冰雹的数量也增加,冰雹的尺度减少,降雹强度和降雹动能通量就减少。  相似文献   

10.
姚克亚  刘春雷 《大气科学》1996,20(1):123-126
本文利用射线跟踪法对冰晶粒子散射、吸收进行了研究。从理论上对一些常见的近似处理方法进行了讨论,计算了长为300μm,半径为30μm的六棱柱状冰晶粒子在不同波段的光散射相函数以及在波长2.2μm时,五种不同大小冰晶粒子的单次散射反照率。结果表明,即使在有吸收情况下,Snell公式和Lambert公式仍是近似成立的,而吸收效应对散射相函数有明显影响。  相似文献   

11.
Presented is a review of the radiative properties of ice clouds from three perspectives: light scattering simulations, remote sensing applications, and broadband radiation parameterizations appropriate for numerical models. On the subject of light scattering simulations, several classical computational approaches are reviewed, including the conventional geometric-optics method and its improved forms, the finite-difference time domain technique, the pseudo-spectral time domain technique, the discrete dipole approximation method, and the T-matrix method, with specific applications to the computation of the singlescattering properties of individual ice crystals. The strengths and weaknesses associated with each approach are discussed.With reference to remote sensing, operational retrieval algorithms are reviewed for retrieving cloud optical depth and effective particle size based on solar or thermal infrared(IR) bands. To illustrate the performance of the current solar- and IR-based retrievals, two case studies are presented based on spaceborne observations. The need for a more realistic ice cloud optical model to obtain spectrally consistent retrievals is demonstrated. Furthermore, to complement ice cloud property studies based on passive radiometric measurements, the advantage of incorporating lidar and/or polarimetric measurements is discussed.The performance of ice cloud models based on the use of different ice habits to represent ice particles is illustrated by comparing model results with satellite observations. A summary is provided of a number of parameterization schemes for ice cloud radiative properties that were developed for application to broadband radiative transfer submodels within general circulation models(GCMs). The availability of the single-scattering properties of complex ice habits has led to more accurate radiation parameterizations. In conclusion, the importance of using nonspherical ice particle models in GCM simulations for climate studies is proven.  相似文献   

12.
对三维非静力中尺度模式ARPS的云降水微物理方案进行了改进,利用改进后的ARPS模式模拟了祁连山地区夏季的两个地形云个例,通过对各自模拟结果的对比分析并结合实况资料研究了夏季祁连山地区地形云的发展状况、动力场特征、降水特征以及云微物理结构特征。研究结果表明,地形云的发展受地形影响很大,地形的抬升促进了云和降水的发展,地形的作用也改变了地面降水特征,使云的宏、微观物理结构发生较大变化。  相似文献   

13.
不同形状冰晶权重假定对冰云光学和辐射特性的影响   总被引:1,自引:0,他引:1  
陈琪  张华 《气象学报》2018,76(2):279-288
在BCC_RAD辐射传输模式和包含多形状冰晶粒子的冰云光学性质参数化方案的基础上,详细分析了不同冰晶粒子权重选取对冰云光学和辐射特性的影响。结果显示,不同形状冰晶粒子权重的选取对长波带平均消光系数、单次散射比、不对称因子和短波带平均不对称因子均有较大的影响。冰晶粒子权重选取对长波辐射通量有很大影响:对长波向下辐射通量,权重选择不同可在云底处造成高达10.50 W/m2的差别;对长波向上辐射通量,权重选择不同可在云顶处造成高达15.05 W/m2的差别。冰晶粒子权重选择对短波辐射通量也存在较大影响:对短波向下辐射通量,权重选择不同可在云底处造成高达12.48 W/m2的差别;对短波向上辐射通量,权重选择不同可在云顶处造成高达10.23 W/m2的差别。冰晶粒子权重选择对长波加热率影响较大,在云顶处和云底处分别可达1.31和-2.06 K/d。研究表明,不同形状冰晶粒子权重的选取对冰云光学性质和辐射计算均有较大的影响,在长波区间尤其明显。   相似文献   

14.
A vertically inhomogeneous mid-latitude mixed-phase altocumulus cloud was observed around 17:26 UTC on Oct. 14, 2001 during the 9th Cloud Layer Experiment (CLEX9). In this study the microphysical and optical properties of this cloud are investigated on the basis of in-situ observed vertical profiles of particle size and habit distributions. Two cloud models, assuming that the cloud properties were vertically homogeneous and inhomogeneous, are adopted to derive the bulk optical and radiative properties of this cloud. The observed microphysical properties are combined with the theoretical solutions to the scattering and absorption properties of individual cloud particles to determine the bulk optical properties at various heights within the cloud layer. The single-scattering properties of spherical liquid water droplets and nonspherical ice crystals are obtained from the Lorenz–Mie theory and an existing database, respectively. The bulk microphysical and optical properties associated with the inhomogeneous model depend strongly on the height above the cloud-base whereas the dependence is smoothed out in the case of the homogeneous model. Furthermore, the transfer of infrared radiation is simulated in conjunction with the two cloud models. It is shown that the brightness temperatures at the top of the atmosphere in the case of the homogeneous model can be 1.5% (3.8 K) higher than their counterpart associated with the inhomogeneous cloud model. This result demonstrates that the effect of the vertical inhomogeneity of a mixed-phase cloud on its radiative properties is not negligible.  相似文献   

15.
Using a cloud model with explicit microphysics and radiation, we evaluate the microphysical changes in a supercooled liquid altocumulus cloud with increasing ice content, until glaciation occurs. The properties of the ice and water particle constituents are resolved independently, revealing the relative radiative contributions from the water phase source cloud versus the ice phase virga. Cloud contents are also converted to millimeter-wave radar reflectivities to shed light on the ability of such radars to study these ubiquitous clouds. The results show that the radiative and radar backscattering properties of mixed-phase clouds are dominated by the cloud droplets and ice crystals they contain, respectively.  相似文献   

16.
在水面欠饱和、冰面过饱和条件下,对三种含碘化银的冰核气溶胶的成冰性能进行了研究。实验是在2 m3等温云室中进行的。在无云条件下排除了接触核化的可能性,同时把冰晶中心有无冻滴作为辨认凝结冻结核化与凝华核化的标志。从实验得到的一些定性结果表明,这三种碘化银气溶胶在成冰性能方面存在着明显的差异。  相似文献   

17.
辛进  李小凡 《气象科学》2018,38(4):498-511
使用二维云分辨模式研究冰晶增长过程(云水到冰晶的冻结增长和通过水汽凝华冰晶到雪的增长)对热量收支的影响。采用4种冰晶增长参数化方案模拟了热带到中纬度地区的4个降水个例。研究发现:(1)高冰核浓度的ZENG方案和SHEN方案引起对流层中上层辐射加热增多,这与它们模拟的冰晶在对流层中上层增多有关。(2)高冰核浓度的ZENG方案导致模拟区域—平均的局地温度变化在对流层上层出现异常减小值,这与它在热带个例中导致垂直热量通量辐合减少和在中纬度个例中导致潜热加热减少有关。(3)尽管高冰核浓度的ZENG方案引起质量加权平均的辐射加热增多,但是它在热带个例中引起地表感热通量减少和在中纬度个例中引起潜热加热减少,最终导致4种参数化方案计算的模拟区域—质量加权平均的局地温度变化基本一致。  相似文献   

18.
Aerosols emitted from volcanic activities and polluted mid-latitudes regions are efficiently transported over the Arctic during winter by the large-scale atmospheric circulation. These aerosols are highly acidic. The acid coating on ice nuclei, which are present among these aerosols, alters their ability to nucleate ice crystals. In this research, the effect of acid coating on deposition and contact ice nuclei on the Arctic cloud and radiation is evaluated for January 2007 using a regional climate model. Results show that the suppression of contact freezing by acid coating on ice nuclei leads to small changes of the cloud microstructure and has no significant effect on the cloud radiative forcing (CRF) at the top of the atmosphere when compared with the effect of the alteration of deposition ice nucleation by acid coating on deposition ice nuclei. There is a negative feedback by which the suppression of contact freezing leads to an increase of the ice crystal nucleation rate by deposition ice nucleation. As a result, the suppression of contact freezing leads to an increase of the cloud ice crystal concentration. Changes in the cloud liquid and ice water contents remain small and the CRF is not significantly modified. The alteration of deposition ice nucleation by acid coating on ice nuclei is dominant over the alteration of contact freezing.  相似文献   

19.
Summary The relationship between clouds and the surface radiative fluxes over the Arctic Ocean are explored by conducting a series of modelling experiments using a one-dimensional thermodynamic sea ice model. The sensitivity of radiative flux to perturbations in cloud fraction and cloud optical depth are determined. These experiments illustrate the substantial effect that clouds have on the state of the sea ice and on the surface radiative fluxes. The effect of clouds on the net flux of radiation at the surface is very complex over the Arctic Ocean particularly due to the presence of the underlying sea ice. Owing to changes in surface albedo and temperature associated with changing cloud properties, there is a strong non-linearity between cloud properties and surface radiative fluxes. The model results are evaluated in three different contexts: 1) the sensitivity of the arctic surface radiation balance to uncertainties in cloud properties; 2) the impact of interannual variability in cloud characteristics on surface radiation fluxes and sea ice surface characteristics; and 3) the impact of climate change and the resulting changes in cloud properties on the surface radiation fluxes and sea ice characteristics.With 11 Figures  相似文献   

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