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基于WRF-Chem模式的华北夏季气溶胶排放对降水影响的模拟研究

基于WRF-Chem模式的华北夏季气溶胶排放对降水影响的模拟研究

引用

作者：逯博延南京信息工程大学

学位级别：硕士

气溶胶的气候效应对降水的影响有着很强的未知性和不确定性。随着人为排放的影响加剧,人们的目光愈加聚焦于气溶胶在降水过程中所扮演的角色。本文关注的主要内容是气溶胶辐射效应引起的日益明显的气候变化,以及对降水特征的影响。本研... 详细信息

气溶胶的气候效应对降水的影响有着很强的未知性和不确定性。随着人为排放的影响加剧,人们的目光愈加聚焦于气溶胶在降水过程中所扮演的角色。本文关注的主要内容是气溶胶辐射效应引起的日益明显的气候变化,以及对降水特征的影响。本研究中分别进行了参数化对流(后文简称PC)和显式对流(后EC)方案下的12个区域模式试验(2014年夏季),基于GSMa P、CMA、ERA5等观测和再分析资料,分析对比模式模拟华北夏季气候态特征及降水日变化差异。同时,为了评估降水特征的模拟对参数化方案的敏感性,本文进行了不同物理参数化方案组合的集合试验(共9组集合试验,每组进行3个不同排放条件的试验)。研究得出主要结论如下:(1)考虑气溶胶辐射效应的模式模拟试验在2m气温、PM2.5浓度、降水及相对湿度等要素的模拟上优于不考虑气溶胶的对照试验,数值上更加接近观测数据。实际排放下的参数化对流模拟能得到更接近历史观测数据的PM2.5浓度。(2)两种方案下,气溶胶辐射效应对各气象要素的气候态变化有着相似的影响,但影响程度不同。随着排放浓度的增加,两组试验中的2m气温、地表向下短波辐射以及边界层高度出现了下降,在高层大气均出现了增温,但参数化对流方案下这些气象要素变化更显著。这些气候要素的变化使对流发生的条件更加苛刻。(3)显式对流方案能得到更真实的降水日循环、降水频率以及强度特征。参数化对流试验中气溶胶排放量的增加会引起降水峰值出现延迟,但显式对流试验的降水峰值在部分地区甚至出现了提前,这一结果与观测降水的特征非常相似。引入不同参数化方案的集合试验模拟时,参数化对流和显式对流模拟的结果与原始试验结果一致,基于此可以判断不同对流方案是引起降水特征差异的主要原因。(4)相比显式对流集合试验,气溶胶辐射效应在参数化对流试验中引起的地表降温较弱,对流层中上层增温较强;与之对应的是参数化对流试验中大气垂直向上运动的趋势更明显,持续时段更长。参数化对流模拟相比显式对流模拟能产生更高的对流有效位能和略低的对流抑制能,也因此在参数化对流实验中对流将更容易得到发展。(5)参数化对流试验中850h Pa上空大气垂直向上运动的增强持续时段较长,而显式对流试验中对流运动增强的时段较短,仅维持到15:00 LST,这也是参数化对流试验降水峰值滞后,显式对流试验降水在部分地区出现提前的原因之一。

关键词： WRF-Chem 气溶胶辐射效应降水日循环显式对流参数化方案

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