A sensitivity of squall-line intensity to environmental static stability under various shear and moisture conditions

Squall lines develop in various climate regions having diverse environmental profiles of wind shear, moisture, and temperature. In order to explore the sensitivity of squall lines to these environmental profiles, we have performed an extensive set of numerical simulations under various shear and moisture conditions in midlatitude-continental and tropical–oceanic temperature environments. From the results of the sensitivity simulations and the analyses of the environmental parameters, it is found that the static stability in a convectively unstable layer is of primary importance in determining the strength of squall lines. Under temperature environments having the same static stability, convective available potential energy (CAPE) and precipitable water content (PWC) well describe the squall-line intensity. Vertical shear also plays an important role in determining the squall-line structure as well as the intensity through the interaction with surface cold pool. The combination of the static stability in a convectively unstable layer, CAPE, and PWC should be examined in diagnosing the intensity of squall lines that develop with an optimal shear for their environment.     

人工增雨降温机理的数值模拟研究: 对流云个例试验

为减轻夏季用电负荷,2004年我国许多省市实施了碘化银催化增雨降温作业。本文利用数值模拟方法讨论了强对流云(冰雹云)催化降温的机理。模拟结果表明,实施碘化银催化后,地面降雨量增加、降雹量减少、地面温度降低。催化使得云中冰晶、霰和雨水的含量增加,造成云雨蒸发、霰的融化(蒸发)及冰晶升华量增加,从而使空气温度降低。     

地形动力作用对华北暴雨和云系影响的数值研究

为了进一步研究地形对华北暴雨的影响,本文从云微物理学的角度出发,选取了2005年7月22～24日的一次华北暴雨过程为研究对象,利用中尺度数值模式ARPS,通过地形高度敏感性试验,详细讨论了地形高度变化对流场、云及降水微物理过程的影响.结果表明:地形高度变化对水平和垂直流场的大小和分布都有较大影响;地形高度增加有利于迎风坡附近水平风场辐合和垂直上升运动发展,这对云的垂直和水平发展影响都很大,尤其是对中高层云的发展影响最明显,并且能明显扩大地面降水的分布范围,地面最大降水量也有所增多.这主要是由于地形高度增加后能促进中高层云水的产生,尤其是零度层之上的过冷云水含量的增多,这大大促进了冰相粒子(雪和霰)的增多,从而使得以冷云过程为主的此次降水过程中,冰相粒子融化形成的雨水含量增多.虽然地形高度的增加会抑制云系发展前期的暖云过程,但对冷云过程有持续加强作用,而且不会明显改变云内降水的形成机制,冷云过程依然是降水的最大贡献项,总体上促进了云和降水的发展.     

云场中云簇的测量

使用云分割法和最近累积分布函数法，通过蒙特卡罗模拟和陆地卫星资料研究了卷云覆盖频率与云簇型式的依赖关系。结果表明：由于云分布“核态”的尺度依赖于云网格的尺度，云分布“模态”不能很好地描述云尺度大小分布，这里云尺度大小是指云覆盖量最大时的尺度权重（是云尺度大小的函数）。同时也表明卷云的“模型”尺度与云网格尺度之间关系最小，对任何给定的云尺度分布，“最小模态尺度”是唯一的。在云的组成具有相同尺度及与较大尺度云重迭的云场中，“最小模态尺度”与云覆盖频率分布的形状有关。云尺度分布引起的簇的形式不同于云中心区云簇的形式，其原因是“有效”的云尺度大小取决于网格区域的大小，并且是由云簇决定的，有效的云尺度是由云覆盖频率分布形状反算得到的     

2014年夏季青藏高原云和降水微物理特征的数值模拟研究

为了加强对青藏高原（高原）云和降水微物理特征的深入认识,采用高分辨率中尺度数值预报模式（WRF）,对第三次青藏高原大气科学试验2014年7月3-25日发生的6次不同强度云和降水过程进行了数值模拟分析。研究结果表明:（1）青藏高原夏季云和降水过程具有独特性。高原夏季对流的促发机制主要是午后高原加热造成的,云和降水具有明显的日变化。午夜后,对流性降水一般转化为层状云降水,具有明显的0℃层回波亮带,并且会产生强降水。大部分对流云云顶高度超过15 km（海拔高度）,最大上升气流速度为10-40 m/s。（2）6次云过程中均具有高过冷云水含量,主要分布在0—-20℃层,冰晶含量主要分布在-20℃层以上的区域,强盛的对流云中,可出现在-40℃层以上区域;雨水集中分布在融化层之下,说明其主要依赖降水性冰粒子的融化过程;雪和霰粒子含量高,分布范围广,说明云中冰相过程非常活跃。（3）高原夏季云中水凝物的转化过程和降水的形成机理具有明显特点。霰粒子的融化过程是地面雨水的主要来源,暖雨过程对降水的直接贡献很小,但通过暖雨过程形成的过冷雨滴的异质冻结过程对云中霰胚的形成十分重要。霰粒子的增长主要依靠凇附过程以及聚并雪晶的增长过程。      

云层与气溶胶对大气吸收太阳辐射的影响

云通过辐射过程对地气系统的能量平衡起着特别显著的调节作用 ,是影响天气、气候以及全球变化的重要因子。近年来 ,有云大气对太阳短波辐射的“异常吸收”又成为云—辐射研究中的一个争论热点。有云大气的短波吸收受到多种因素的影响 ,关于这方面的研究还不够充分。本文通过计算 ,从理论上探讨了若干因素的组合对大气吸收的综合影响。在计算中 ,同时考虑了不同太阳辐射波段、不同太阳入射天顶角、不同云顶高度以及不同下垫面的影响 ,并考虑了包含大气分子、气溶胶和云滴的吸收与散射 ,以及在近红外波段大气自身的热辐射等过程 ,阐明了云与气溶胶在不同波段对大气吸收太阳辐射的影响。     

强天气冷涡云系结构的分析和物理解释

本文分析了三个产生强对流天气冷涡过程的卫星云图.冷涡云系的结构可归纳为单纯的冷涡结构和具有锢囚气旋结构两类.利用诊断分析对冷涡云系中各个组成部分,即涡旋云区、不稳定云区、正涡度平流云区、冷涡云区及暖锋云区与有关物理量的配置关系进行了讨论.     

西太平洋热带海域的水汽和云的变化特性

本文依据1987年9—11月西太平洋热带海域海洋大气综合考察中双波长微波辐射计观测系统和红外窗区辐射计所得到的观测资料,分析研究了考察海域的水汽和云的变化特性,得到了一些有意义的结果。双波长微波辐射计观测系统可以获得水汽场的动态变化和云中液态水的演变;西太平洋海域的个例显示出辐合区的垂直气柱水汽含量比非辐合区的明显大的特征;用红外亮度温度可以近似估计晴空大气垂直气柱水汽含量。