积云夹卷率的影响因子及其参数化

论文摘要

积云夹卷混合过程作为天气和气候中的重要过程,影响着大气中能量的垂直输送、降水和辐射。夹卷率是用于描述该过程快慢的物理量,是积云参数化方案中的一个重要但非常不确定的参数。为了在积云参数化方案中准确地描述夹卷率,本文基于观测和数值模拟,研究了积云夹卷率的影响因子并参数化。主要结论如下:对于模拟的KWAJEX项目中的积云,云中质量通量、浮力和垂直速度随高度先增加后减小;湿静力能随高度先减小后增加。卷入云中的空气约由58%的云内空气和42%的环境空气组成。云中夹卷率的值介于0-4 km-1,比传统积云参数化方案中的大。夹卷率在云底以上随高度递减,在云中部变化较慢,在接近云顶时迅速增加。云中平均夹卷率随云顶高度的增加而减小。从夹卷率与云中热力、动力因子的关系来看,夹卷率与云中垂直速度、浮力呈负相关,与云半径的倒数和|w-1dw/dz|呈正相关。基于夹卷率与云中热力、动力因子的关系,分别利用单个变量拟合和多个变量进行主成分回归分析建立夹卷率的参数化方案,对比发现使用多个变量进行主成分回归得到的参数化方案更适合夹卷率的参数化。对于不同分辨率的大尺度模式,夹卷率参数化方案存在尺度依赖。对于RACORO和RICO项目中观测到的积云,云中夹卷率与环境相对湿度呈正相关。物理分析表明,较大的相对湿度通过减少云核（云的核心）的浮力和减弱云核附近气流的下沉来促进夹卷。云核的浮力减小以及云核附近气流下沉的减弱进一步减小云核中的上升气流;云核中的上升气流越少越容易受到环境的影响,从而导致夹卷率越大。夹卷率和相对湿度之间的关系与对流参数化中广泛使用的“浮力分类概念”一致。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
•   1.1 研究目的及意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 云中夹卷混合过程的定量化研究
•     1.2.2 云中夹卷混合过程的参数化
•   1.3 问题的提出和研究内容
•   1.4 技术路线
• 第二章 数值模式及资料介绍
•   2.1 数值模式及方案介绍
•     2.1.1 WRF模式介绍
•     2.1.2 Morrison方案介绍
•   2.2 资料介绍
•     2.2.1 再分析资料介绍
•     2.2.2 观测资料介绍
• 第三章 热力和动力因子对积云夹卷率的影响
•   3.1 模式设置及效果检验
•     3.1.1 模式设置
•     3.1.2 模拟效果检验
•   3.2 云的识别和夹卷率的计算
•     3.2.1 云的识别
•     3.2.2 计算方法
•   3.3 结果分析
•     3.3.1 云中热力、动力因子的垂直分布特征
•     3.3.2 云中夹卷率的垂直分布特征
•   3.4 夹卷率的参数化
•     3.4.1 夹卷率与云中热力、动力因子的关系
•     3.4.2 基于单个变量的夹卷率参数化
•     3.4.3 基于多个变量的夹卷率参数化
•   3.5 夹卷率参数化的尺度依赖性
•   3.6 本章小结
• 第四章 积云夹卷率与环境相对湿度的关系
•   4.1 云的识别和夹卷率的计算
•     4.1.1 云的识别
•     4.1.2 计算方法
•   4.2 结果分析
•     4.2.1 RACORO项目中λmix与 RH的关系
•     4.2.2 去除相对湿度的影响后计算夹卷率
•   4.3 λmix与 RH之间正相关关系的物理机制
•     4.3.1 与浮力相关的机制
•     4.3.2 与湿壳相关的机制
•   4.4 讨论
•   4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 主要结论
•   5.2 创新点
•   5.3 研究展望
• 参考文献
• 作者简介
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孙诚

导师: 陆春松

关键词: 积云,夹卷率,影响因子,参数化

来源: 南京信息工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 南京信息工程大学

分类号: P43

DOI: 10.27248/d.cnki.gnjqc.2019.000029

总页数: 63

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