On Calculating Deposition Coefficients and Aspect-Ratio Evolution in Approximate Models of Ice Crystal Vapor Growth
On Calculating Deposition Coefficients and Aspect-Ratio Evolution in Approximate Models of Ice Crystal Vapor Growth
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冰晶气相生长近似模型中沉积系数和纵横比演化的计算
DOI：
10.1175/jas-d-18-0319.1
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发表时间：
2019
影响因子：
3.1
通讯作者：
Morrison, Hugh
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Harrington, Jerry Y.;Moyle, Alfred;Hanson, Lavender Elle;Morrison, Hugh
当表面附着动力学限制生长和预测冰晶形状时，冰晶蒸汽生长模型需要估计沉积系数α。参数模型可用于计算小面生长的α，只要特征过饱和度 价值观是已知的。然而，先前公布的测量结果表明， 仅限于高于−40°C的温度。估计 在−40° C和−70°C之间的温度下，通过重新分析气相生长数据提供。估计 遵循与在较高温度下获得的数据相同的函数温度依赖性。多项式拟合 被用作适用于云模式的α参数化的输入。参数化与风洞数据的比较表明，在液体饱和和-3 ° C至-20 °C之间的恒定温度下的生长可以通过较大（数百微米）晶体的边缘成核来模拟;然而，与-7 °C自由落体室数据的比较表明，在液体饱和下模拟小晶体（~20μm）的气相生长可能需要位错生长。与自由落体室数据的比较也表明，参数化可以重现测量的压力依赖的长宽比演变。与六边形生长模型的比较表明，基于Chen和Lamb理论的纵横比演化在−7°C附近产生了不切实际的快速柱生长，如果使用基于刻面生长的理论，这种情况就会得到缓解。这一结果表明，生长假设中使用的习惯演变的微物理模型需要进行修订时，沉积系数的预测。
Models of ice crystal vapor growth require estimates of the deposition coefficientαwhen surface attachment kinetics limit growth and when ice crystal shape is predicted. Parametric models can be used to calculateαfor faceted growth as long as characteristic supersaturation values are known. However, previously published measurements of are limited to temperatures higher than −40°C. Estimates of at temperatures between −40° and −70°C are provided here through reanalysis of vapor growth data. The estimated follow the same functional temperature dependence as data taken at higher temperatures. Polynomial fits to are used as inputs to a parameterization ofαsuitable for use in cloud models. Comparisons of the parameterization with wind tunnel data show that growth at liquid saturation and constant temperatures between −3° and −20°C can be modeled by ledge nucleation for larger (hundreds of micrometers) crystals; however, comparisons with free-fall chamber data at −7°C suggest that dislocation growth may be required to model the vapor growth of small crystals (~20μm) at liquid saturation. The comparisons with free-fall chamber data also show that the parameterization can reproduce the measured pressure dependence of aspect-ratio evolution. Comparisons with a hexagonal growth model indicate that aspect-ratio evolution based on the theory of Chen and Lamb produces unrealistically fast column growth near −7°C that is mitigated if a theory based on faceted growth is used. This result indicates that the growth hypothesis used in habit-evolving microphysical models needs to be revised when deposition coefficients are predicted.
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