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第五章 云微物理过程处理方法 5.1 云微物理过程 三. 其它过程 Riming: The process by which ice crystals grow through the collision, collection, and freezing of supercooled water droplets. (Fred Remer) 雹 冰雹的形状 有圆球、扁圆球、椭球、扁椭球、圆锥、苹果形、盘形和不规则形。最常见的冰雹是圆球、圆锥和椭球三种。 (5) 霰(雹)的融化蒸发 当TT0且qvqvs时，融化霰(雹)还发生蒸发，类似雨水蒸发率计算，可导出融化霰(雹)的比含水量蒸发率 (6) 冰晶的凝华增长Svi 单个冰晶的凝华增长率公式为： 当空气对冰面过饱和时，冰晶凝华增长，但当冰晶对过冷云滴的凇附率较大时，可能使上式小于0，此时不发生凝华增长，此时模式中应当规定上式等于0 当空气对冰面不饱和时，应当为升华过程，但当云滴不存在时才发生升华过程。此时过冷云滴的凇附率为0 对单个冰晶按其谱积分，便得冰晶比含水量的凝华/升华率 1. 凝结和蒸发, 凝华和升华 2. 碰并 3. 自动转化 4. 冻结和融化 5. 繁生和破碎 2. 碰并过程 各类水质粒之间的相互碰并而引起它们之间质量的转换过程称为碰并过程 这里仅考虑重力碰并 (1) 雨滴碰并云滴的生长 一个直径为D以末速ur(D)下落的雨滴在含水量qc云中碰并云滴的质量增加率为 Kessler(1969) 单位质量湿空气中雨滴的碰并增长率为 设Erc为常数,将ur(D)和 Nr(D)代入上式积分得到 (2) 冰晶结凇增长Cci 冰晶的结凇率就是冰晶对过冷云滴的碰并增长率,结凇现象需要满足一定条件才发生. 若 则单个冰晶的结凇率为 The original ice crystal can no longer be distinguished. graupel Ice crystal Time * * 参考: 黄美元，徐华英. 云和降水物理. 科学出版社，1999 洪延超, 积层混合云的数值模拟研究(Ⅰ) ——— 模式 及其微物理过程参数化,气象学报,1996, 54,544-557 洪延超,三维冰雹云催化数值模式,气象学报,1998, 56（6）, 641-653 暖云和冷云 暖云: 把由液相粒子,即水滴构成的云称为暖云, 一般处于温度大于0℃的空间里。 见黄美元 ”云和降水物理” 冷云：包含有冰相粒子的云称为冷云。 包括冰晶云和混合云。 5.1 云微物理过程 5.2 微物理过程参数化方法 5.3 微物理过程的非参数化方法(分档方法) 第五章 云微物理过程处理方法 见下图 1. 简单暖雨过程: 或称暖云过程,也称水云过程 指粒子尺度的增长过程.可分为:简单暖雨过程,简单冰相过程,混合相过程. 一. 正过程 即水汽凝结产生云滴, 云滴凝结增长形成大云滴, 启动碰并增长形成雨滴 2. 简单冰相过程 水汽凝华形成冰晶, 再经过凝华增长成雪晶, 雪晶间又可攀附形成雪团,产生降雪(冷雨) 冰晶之间,冰雪晶之间也可以碰并形成聚合体 3. 混合相过程 冰晶凇附过冷云滴而长大 贝吉隆过程 其它液固粒子间的并合增长 二. 反过程 雨滴的破碎 冰晶的繁生 冰雹湿生长过程中多余过冷水的剥落 水滴的蒸发 升华 冰相粒子的融化 云滴冻结形成冰晶 过冷雨滴的冻结 在云数值模拟中，云微物理过程的处理方法： 有两种 1、参数化方法 2、详细描述方法 在云中是群粒子经历这些过程,在云数值模拟中,处理这些过程要考虑其群体效应 5.1 云微物理过程 5.2 微物理过程参数化方法 5.3 微物理过程的非参数化方法(分档方法) 第五章 云微物理过程处理方法 5.2 微物理过程参数化方法 把云雨粒子分为若干类，如云滴、雨滴、冰晶、 雪、霰、雹等，以微物理总体特征量为预报量，例如，某类粒子的比水量、比数浓度。 以J类粒子的比水量 qJ为例，预报方程为 降落项 源汇项 其中uJ为群体落速 一.方法介绍 粒子的下落末速度往往与其尺度有关, 例如雨滴 (Manton和Cotton(1977)的公式) 直径为D的单个雨滴质量为 mr, 其蒸发率为 许多云微物理过程也与其尺度有密切关系,例如 各类粒子都是一群具有一定尺度范围的粒子，求源汇项PJ和群体落速uJ都需要粒子的尺度谱分布 需要研究粒子谱分布密度函数 雨滴谱 需要假定粒子谱分布密度函数，不同模式使用不同的分布，其中使用较多的为Gamma分布 为直径为D的J类粒子数浓度 谱密度函数中有三个参数:截距,形状因子,斜率 若n为整数,则 注意: 若n为分数,则查表或编程计