雨滴下落过程模型雏形的建立

来源：高原气象杂志2020年第3期北京时间：

作者：蒋强;卞建春;李艳

单位：1. 兰州大学大气科学学院，甘肃 兰州 730000;2. 中层大气和全球环境探测实验室，中科院大气物理研究所，北京 100029

摘要：雨滴下落过程是云降水物理研究中极为重要的一个部分， 其研究涉及到蒸发过程和雨滴末速度问题。在静止大气中， 对于单个云滴， Maxwell理论给出了粒子在凝结过程中的质量增长公式， 而本文研究雨滴的下落过程， 是与凝结过程相反的蒸发过程。基于Maxwell理论， 将雨滴假定为球形粒子， 对原方程进行差分求解， 并加入通风效应与表面效应对Maxwell理论就行修正。在雨滴末速度问题上， 本文采用2015年昆明站的探空资料， 将雨滴直径（>1 μm）分为三个部分， 在忽略了雨滴短暂的加速过程后， 考虑拖曳力FD与重力Fg平衡进行讨论， 用最小二乘法拟合得出初始高度的末速度与半径的关系， 再结合部分假设和理论推导得到任意高度的末速度与半径的函数关系。最后， 利用该模型， 针对相对湿度做了敏感性实验， 发现雨滴所处环境的相对湿度变小会明显加快小雨滴的蒸发。本文基于Maxwell理论等前人研究， 加入部分假设得到了一个较为合理的包含了蒸发过程的雨滴下落模型， 对还原真实大气中雨滴的下落过程有一定参考价值。

关键词：雨滴下落;末速度;Maxwell理论;通风效应;表面效应

基金资助：国家重点研发计划项目(2018YFC0406602)