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降水云系的数值模拟结果与机载实测数据的对比及分析

李军霞  李培仁  陶玥  任刚  
【摘要】:对于降水云系的数值模拟分析以及用飞机机载仪器对层状云的探测取样分析,国内外许多专家已经进行过深入的研究。但是将数值模拟结果和机载实测数据进行对比,来验证两者之间的真实性,还尚未开展过。目前,各类云参数化模式生成的云物理量产品主要有温度场、风场、高度场、水汽场和各种云中水成物粒子的水平和垂直分布状况,而机载云物理探测系统取得的数据和图像资料为温度场、湿度场、高度、航速以及各类云雨粒子的大小、图像和浓度分布状况,两者可以直接进行对比的物理参量很少。加上飞机探测受空域、气象条件等制约,不能随时随地飞行取样,所以将二者直接进行对比是不科学的。因此,本文选取2010年4月20日在山西人工影响天气试验区上空进行的两次云物理探测飞行的数据与同时段MM5云模式的数值模拟结果,针对一些两者皆有的物理量,例如温度、湿度、高度特别是垂直方向上不同高度层各类粒子的相态进行了对比分析。结论如下:(1)用两次飞行机载温湿度探头探测的数据与数值模拟数据中温度和高度的数据做对比,两者吻合较好;(2)机载云粒子探测仪器探测到的不同相态的粒子图像与数值模拟结果对比结果显示,降水都是出现在700hpa(约3100米)以下,以液态降水为主,同时有少量的霰状粒子存在,说明有部分冰相粒子参与了降水;700hpa(零度层)以上,雪状粒子开始逐渐增多,出现液态和柱状、冰雪状粒子共存的状态,在550hpa~450hpa(5000米左右)达到峰值,再往上雪状粒子逐渐减少,并且与大量雪状粒子共存的少量的云水;少量的冰晶出现在450hpa以上。略有不同的是,飞机探测从4200米以上开始出现少量冰晶,从5100米以上冰晶逐渐增多,数值模拟的冰晶是从500hpa(约5600米)开始出现并随高度逐渐增多,实测的冰晶出现的高度略低于数值模拟结果。总体来看,对比数值模拟以结果和飞机探测取得的粒子图像,两者对应较好,不同高度的粒子相态比较吻合。这是我们首次尝试进行机载探测数据和数值模拟的对比分析,试图从一个全新的角度对数值模拟结果进行验证。此项工作还应继续思考,进一步找到更深的切入点开展实测数据和数值模式的对比订正。

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