双参数微物理方案在WRF单柱模式中的模拟检验和对比研究

来源：高原气象杂志2015年第4期北京时间：

作者：梅海霞;沈新勇;王卫国;黄伟

单位：南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心, 气象灾害教育部重点实验室, 南京 210044;2. 江苏省气象科学研究所, 南京 210009;3. 中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴重点实验室, 北京 100029;4. 美国国家海洋大气总署环境预测中心, 美国 马里兰 20746

摘要：利用耦合Milbrandt 2-mon(MY)和Morrison 2-mon(MOR)两种双参数微物理方案的WRF中的单柱模式, 对TWP-ICE(Tropical Warm Pool International Cloud Experiment)试验期间的个例进行数值模拟。通过与观测资料和云分辨率模式的模拟结果进行对比发现:两种双参数微物理方案能较好地模拟出TWP-ICE期间热带云系的宏观和微观的特征。模拟的降水率、地表向下长波辐射和大气顶向外长波辐射的量级、时间演变趋势与观测相一致;总的液相和冰相水凝物的垂直分布以及随时间的演变特征总体与观测以及云分辨率模式的结果也较接近。在整个时期, 两种方案水云中的雨滴宏观和微观特征差异较小, 而云滴混合比在两种方案之间的差别显著;冰晶对冰云的贡献在MY方案中占据主导地位, 而MOR方案中雪在冰云中扮演的角色相比于在MY方案中更为重要。微观上与MY方案相比, MOR方案中的云滴是由数量更大的小云滴构成, 但冰晶却是由数量较少的大冰晶粒子构成。微物理过程转换率的区别是造成两种方案冰云宏观分布特征差异的主要原因。与冰晶和雪有关的微物理过程转换分析表明:活跃期两种方案中与冰晶有关的主要微物理转换项有冰晶的凝华增长、冰晶向雪的自动转化、冰晶被雪碰并以及冰晶的沉降过程。而雪主要的转换项包含沉降和凝华过程等, 其中MY方案中雪的主要转换项更为丰富。该时期两种方案冰晶和雪的主要微物理转换项的垂直分布以及量级特征的差异同冰云的宏观分布相一致。季风抑制期, 两种方案中冰晶主要的源汇项包括凝华增长和沉降过程。MY方案中凝华凝冻核化也是主要的源汇项之一。抑制期MOR方案中高空的雪发展较强, 参与的微物理过程较MY方案更为丰富, 主要转换项比MY方案高出约一个量级。

关键词：单柱模式;双参数;冰晶;雪;微物理

基金资助：国家重点基础研究发展计划973项目(2013CB430103, 2015CB453201);国家自然科学基金项目(41375058, 41175065); 江苏省青年气象科研基金(Q201407)