三维冰雹分档强对流云数值模式研究-大气科学.pdf

第25卷 第6期 大 气 科 学 Vol.25.No.〔 2001年 {1月 ChineseJournalofAtmosphericSciences Nov. 2001 三维冰雹分档强对流云数值模式研究 II.冰雹粒子的分布特征 ‘ 郭学 良 黄美元 洪延超 肖 辉 周 玲 又中国科学院大气物理研究所.北京 100029) 摘 要 在第一部分研究工作的基础上 为便于分析.将冰雹的21档按照一般关于冰雹 分类的定义重新划分为5类二小冰粒子咬直径D1mm) 共与雹胚日mmD5mm), 小雹 (5mmD10mm).典型毯 (10mmD25mm)、大雹 (D25mml,研究了每 一类粒子的分布及演变特征 ‘并给出了悬垂区，云砧、土下气流区等冰雹粒子谱分布及演变 情况 提出了多单体毯暴中各尺度的冰粒子通过土次单体之间的运动循环机制对冰雹形成及 增长的作用及贡献.最后将冰毯分档诣与Marshall-Palmer谱作了比较分析 关健词:多单体风暴，冰雹循环增长:冰雹谱 1 引言 弄清冰雹的形成机制是最终达到对灾害性雹暴的预测及实行有效人工防雹的必经途 径、在数值模式中，降水粒子谱的描述过程对粒子本身的增长及降水的表现形式，降水 强度等具有重要的影响I，一’hNelso砂噜将影响冰雹增长的重要因子归结为:川 上升 气流速度，(2)冰雹在风暴中的运动轨迹及速度.(3)所遇到的液态含水量 因此他与 其他研究者提出了风暴的运动过程控制着冰雹的增长.微物理过程次之的观点。但是 另外一些研究者h.a〕则认为微物理过程在冰雹的产生过程中所起的作用要比有些人认为 的更重要 冰雹胚胎能否长大主要决定于这些胚胎粒子在适宜于其增长的环境中滞留时间的长 短，到目前为止，理论土一共提出了三种可能延长这种滞留时间的机制:第一种为运动 循环机制191.第二种为微物理循环机制Uo1.第三种为低密度循环增长机制N[.10]但是很 多研究者[11.il指出 Browning和Foo心9l所提出的运动循环机制在大多数多单体冰雹中 是不存在的。那么在多单体雹暴中，冰雹的增长是呈简单的上下起伏增长机制还是微物 理循环增长机制或是低密度增长机制到目前为止还不完全清楚 在本研究的第一部分tai数值模拟结果表明 在多单体雹暴中的确存在一种明显 的通过主次单体之间的运动循环导致冰雹长大的增长机制 本文将进一步弄清楚哪一类 尺度的冰粒子参与这种循环过程，并讨论这种运动循环在冰雹形成与增长过程中的作用 20(10-113-29收到、2000-09-22收Yll第三次修改稿 中国科学院院长基金、中国科学院留学经费择优支持回国工作墓金 7-200052 国家 自然科学基金资助项 目 4967524-、九五 国家科技攻关项 目9 20-01-0:专题以及中国科学院大气物理研究所创新基金8一4刘4共同资 助 万方数据 6期 郭学良等:三维冰雹分档强对流云数值模式研究 11 及贡献 并讨论了悬垂区、云砧及上下气流区中的冰雹谱的演变情况 文中最后给出了 冰雹分档谱与Marshall-Palmer谱的比较情况。 2 结果 2.1小冰粒子 (D1mm) 图 1给出了模拟56min时通过较高冰雹含水量区 (X17km.Y-17km)的小 冰粒子 (直径D1mm)的垂直(XZ,YZ)的含水量和数浓度分布 小冰粒子的最大含 水量小于1.0gkg-，出现在9.0km附近 最大数浓度在1000-2000个m}，最大的 小冰粒子量处于上升气流中心的上部 在下风向的云砧区亦能发现大量的小冰粒子 根 据模式结果，小冰粒子是由重结淞状态的雪团及小雨滴冻结形成 小冰粒子一般形成于高含水量区的上升气流中心，在被强上升气流带出此区域前经 历了较快的增长 在上升气流顶部的较冷区，由于低温及低含水量的原因，通过雪团的 自动转化形成的这种粒子增长较小 从小冰粒子的浓度分布图中可以看到，随着风暴的 加强，由于云顶强的辐散出流，小冰粒子被带到云砧中落人由地面阵风锋形成的次级