A THREE-DIMENSIONAL ELASTIC NESTED-GRID MESO-(β-γ)SCALE ATMOSPHERIC MODEL——PARTI:MODEL DESCRIPTION

A three-dimensional elastic nonhydrostatic mesoscale(β-γ)model with nested-grid is presented.It uses a set of fullequations in terrain-following coordinates as its basic dynamic frame,which is solved with a time-splitting algorithmfor acoustic and gravity waves.The model physical parameterization includes a K-theory subgrid eddy mixing for cloudand free atmosphere,a bulk planetary boundary layer parameterization,and three types of sofisticated cloudmicrophysics schemes with double-parameters for hail-bearing clouds,warm clouds and snowing clouds respectively.The model is designed to be used flexibly for simulations of a variety of meso-and small-scale atmospheric processes,and can be improved as a regional and local operational NWP system in future.     

三维对流云盐粉催化模式的发展和催化模拟试验

在三维混合相对流云模式中发展了盐粉催化方案,该方案考虑了盐粒与云雨滴和冰相粒子间的相互作用,模式中增加了盐溶滴的质量Qn和浓度Nn两个预报量.利用盐粉催化模式进行了个例模拟试验,并对催化结果进行了对比分析.结果表明,当采用30个·L-1剂量的盐粉两次催化时,催化效果较好,地面总降水量可增加10％;当催化剂量减少时,增雨效果不明显.同时催化剂量超过1 000个·L-1,可导致降水总量减少.催化时间提前或延后都会影响增雨效果.模拟第70 min后出现了少量的减雨,并持续到降水结束.通过分析催化后云中水成物,发现盐粉催化不仅影响了暖雨过程,而且云雨滴通过冻结形成霰等过程也影响了冷雨过程.     

对流云盐粉催化的数值模拟研究

利用三维对流云盐粉催化模式对一次对流云降水进行了盐粉催化模拟试验。模式中考虑了盐粉与云雨滴和冰相粒子间的相互作用。模拟结果显示,当采用20μm粒径的盐粉进行单次催化时,催化效果较好,地面总雨量可增加20%,催化次数的增多会导致降水的减少。霰融化成雨是雨滴增长的主要机制,霰碰并过冷云水是霰增长的主要机制,催化后霰融化成雨和霰碰并过冷云水的速率均有提高。催化会引起水成物云滴、冰晶、霰和雨滴的比质量变化。霰和云滴的粒径也在催化后出现了明显的增大。催化后短时间内动力过程出现了变化。     

梅雨期暴雨个例模拟及其中小尺度结构特征分析研究

利用中尺度数值模式MM5和多普勒雷达观测资料，对2002年7月22~23日发生在长江中游一次梅雨暴雨过程进行模拟和分析。模拟结果与观测资料相比基本吻合。主要研究内容包括暴雨过程α中尺度到γ中尺度的回波结构以及动力特征和云降水粒子的分布。研究结果表明:在长江中游地区存在一条东北西南走向低空切变线，切变线北侧偏东气流中回波较弱，而南侧西南气流中不断出现强对流云团发生发展、合并分裂现象，形成沿着切变线分布的α中尺度对流带。对流带中有多个东北西南向的β中尺度波列，这些波列由从西南向东北方向移动的γ中尺度回波所构成。新回波大多产生在老回波的后部。γ中尺度回波具有相应尺度的气流辐合辐散结构。各种云降水粒子与动力场相互配合，上升运动位置和强弱决定云水的位置和强弱。云发展初期降雨首先产生于低层，以暖雨过程为主，成熟期云中冰相粒子对降水非常重要。强回波区的降水会在近地面产生出流。在西南气流中，远离切变线的回波移速大于靠近切变线的回波，容易产生回波合并；强回波由于降水而产生下沉和辐散气流，易导致回波分裂。     

祁连山冬季降雪个例模拟分析(II)： 人工催化试验

利用部分改进了的中尺度模式MM5V3对2006年2月7~8日甘肃北部地区一次冷云降雪过程进行了人工催化的数值试验, 研究加入人工冰晶对祁连山北坡地区冷性层云降雪的影响。进行了不同剂量和不同高度的催化试验, 详细分析了催化后的微物理过程和动力热力过程的变化。结果表明： 累积降雪中心的上风方含有过冷云水的区域为催化潜力区, 催化后累积降雪中心雪量增加, 增雪区周围出现分散的减雪区。过冷云水最多并且最缺乏冰晶粒子的层次具有很好的催化条件。加入人工冰晶后消耗了水汽和过冷云水, 冰晶和雪的量值均有所增加, 雪碰并冰晶过程、 冰晶转化过程、 凝华过程是雪增长的主要过程, 相态变化引起的潜热增加导致升温和上升运动加强。这种变化同时使周围的垂直运动和水成物含量发生改变, 周围的上升运动减弱, 雪的含量减少, 产生了减雪区。     

层状冷云数值模式

为了研究层状冷云自然降水和人工降水的机制建立了一维非定常的数值模式。考察了宏微观参数和冰的凝华、淞附和繁生等过程对云中要素分布和降水的影响。并作了不同条件下播云的数值试验。     

一种新的计算冰面饱和水汽压方法

综述了国内外近似计算平面饱和水汽压公式。给出了较为精确、简单的平冰面饱和水汽压计算式，并与Ｗｅｘｌｅｒ等的计算结果进行了比较。     

新疆乌鲁木齐地区冬季层积云研究——一个例的观测结果与分析

通过分析两个乌鲁木齐冬季层积云个例的观测结果,初步揭示了它发生、发展和消亡各阶段的结构演变情况及云的宏、微观结构情况,得出了有关该种云的发生、发展及消散过程的一些概念模式。     

层状暖云降雨及其催化的数值模拟

本文提出层状暖云降水的一维时变模式,用数值试验方法探讨了层状暖云降水的临界条件,各种物理参量对降水过程的作用以及播撒盐粉的增雨效果和最佳催化技术。     

CAMS云分辨模式系列的研制和应用

该项目的目标是研制三维、复杂云物理的层状云模式,用于人工增雨和降水预报;研制三维、复杂云物理和地形的对流云模式,用于强对流预报和人工增雨防雹;研制中小尺度云分辨模式,用于研究α、β、γ中尺度云群的宏微观结构和演变规律;研制云辐射模式,研究辐射对云和降水的影响.该项目4次得到自然科学基金的支持,1999～2003年得到国家973项目"新一代数值预报模式的理论和方法研究"课题的支持.由中国气象科学研究院胡志晋、周秀骥、楼小凤、刘奇俊和北京大学赵春生以及秦瑜、刘玉宝、刘公波、何观芳等同志在15年内完成.