单双参云微物理方案对强降水过程中云宏微观特征模拟的对比分析

作     者：钱悦 

作者单位：南京信息工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄乾

授予年度：2019年

学科分类：07[理学] 070601[理学-气象学] 0706[理学-大气科学] 

主      题：单双参数 云微物理方案 强降水 云量 宏微观特征 

摘      要：本文将WRFV3.9版本中的16种云微物理参数化方案分为单参和双参两组,分别对2016年6月30日-7月4日江淮流域一次强降水过程进行了敏感性试验,比较不同的单双参云微物理方案对此次强降水过程中降水和云的模拟效果,先利用中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐小时降水数据对各组模拟降水进行评估,在此基础上利用FY-2G和CALIPSIO云产品数据分别评估了不同单双参方案对降水过程中总云量、云垂直结构云水含量等宏微观特征的模拟性能,其主要结论如下:(1)利用WSM3方案对此次强降水过程模拟分析得出水汽主要来源于孟加拉湾,高层的副热带高空急流和低层的西南风急流相耦合,形成上干下湿的环流形势。降水过程中对流有效势能有积聚和释放的过程。强降水过程有强烈的垂直上升运动,并有相对应的辐合辐散机制。强的垂直上升运动对应强的视热源和强的视水汽汇,同时也伴随着强降水的发生。(2)选用不同的云微物理参数化方案均能较好地模拟出该次过程的雨带位置和中心降水强度,但SBU-YLIN方案和CAM 5.1方案模拟的强降水中心偏西,降水强度也偏弱,Kessler方案模拟的强降水中心偏北,降水强度偏弱。通过计算5天逐小时观测累积降水量与模拟累积降水量的时间相关系数可以得出单参方案中Goddard方案和WSM5方案模拟与实况对比效果最好。双参方案中WDM5方案和WDM6方案的模拟与实况对比较为一致。(3)分析两组试验对总云量的模拟结果发现,单参方案组除Kessler暖云方案由于对冰云过程描述不足导致模拟的总云量显著偏高外,其他单参方案和所有双参方案均能模拟出强降水过程中总云量的时空演变特征。从云覆盖率和云水含量的垂直分布特征来看,单参方案组对600hPa以下中低层暖云的模拟稳定性整体略优于双参方案组;而对200～500hPa之间的冰相云模拟结果则相反,双参方案组比单参试验组模拟的固水含量更加集中。对于低层暖云降水过程,选择如WSM5单参方案比双参方案得到的模拟云量更加接近实况,而对于以深对流为主要运动特征的冷云降水过程,选择如WDM5或WDM6这样双参方案模拟得出的高云量值更加稳定,误差也更小。