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基于MOAT方法的云微物理过程相关参数敏感性评估及北方地区层状云云微物理量的集合预报研究

批准号:
42075192
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
杨洁帆
学科分类:
大气环境与健康气象
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨洁帆

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
云微物理量的数值模拟是目前模式研究的重点和难点,而微物理过程的各种参数(例如,冰-液相粒子下落速度/密度、凝华增长速率、冰相粒子凇附速率、雪-霰转化率、云-雨转化率、云-雨转化率等等)的不确定性及其之间复杂的非线性相关性是造成模拟结果,特别是云微物理参量的模拟结果具有很大不确定性的主要原因之一。针对此问题,拟利用MOAT(Morris One at A Time)方法在一维云模式框架下采用不同温湿度和垂直速度条件,系统化、定量化的评估目前中尺度模式中较为完备的微物理方案各类参数敏感性。以此为基础,采用典型天气条件下敏感性微物理参数的扰动构建集合预报成员,通过与飞机垂直观测,卫星反演云微物理量数据的对比分析,优化参数及其扰动配置,建立一套由10-20个成员组成的,适合于北方地区层状云微物理量模拟的集合预报系统,以提高中尺度模式对云微物理量的模拟能力。
英文摘要
The numerical simulation of cloud microphysical properties, such as LWC and IWC, is the focus and difficulty in the model research. Due to the uncertainty of various parameters of microphysical processes (e.g. the fall speed and density of ice/liquid phase particles, the growth rate of condensation process, the riming rate of ice phase particles, the snow-graupel conversion rate, the cloud-rain auto conversion rate, etc.) and the complex nonlinear correlation between them, simulation results of cloud microphysical properties still have large uncertainties. To solve this problem, the MOAT (Morris one at a time) method is proposed to systematically and quantitatively assess the sensitivity of various parameters in the microphysics schemes (e.g Morrison 2-moment) in the current mesoscale model under different temperature, humidity, and vertical velocity conditions. Then, the sensitivity parameters under typical weather conditions are ultilized to construct the ensemble forecast members. Through the comparison with the cloud microphysical data retrieved from the satellite and the vertical observation using the aircraft, the parameters, and their disturbance configuration are optimized, and a set of ensemble forecast system consisting of 10-20 members is established, which is suitable for the simulation of the stratiform cloud microphysical properties in northern China. We hope this method will be helpful in improving the abilities of the mesoscale model to simulate cloud microphysics.
华北地区云中过冷水的含量对于人工影响天气,降水预报及气候的研究都有非常重要的意义,但此前的研究非常有限。按照项目任务书的要求,本研究开展了有关华北地区云微物理过程相关参数敏感性评估及北方地区层状云云微物理量的集合预报研究。重点关注华北冬季暖性输送带天气条件下降雪过程云降水微物理特征,利用空中国王飞机(King-Air)搭载的高精度原位观测仪器(2DS, HVPS, CIP, FCDP等)首次在国内获得了暖性输送带层状云微物理量的垂直与水平观测资料,发现了在西南暖湿气流输送条件下形成1-2km的过冷水层(SLWC Layer),且过冷水含量的分布随高度呈现准绝热递增,该过冷水层在降水初期尤其明显,降水后期由于冰雪晶的逐渐形成,冰雪晶对过冷水的消耗作用开始增加,造成了过冷水层的消失。在发现这一特殊现象后,本研究采用中尺度数值模式WRF的四种不同复杂度的参数化方案(Morrison two moments, P3, NTU, HUJI Fast bin)及微物理量扰动方法对其进行了相关的敏感性参数进行了评估。研究发现,在该个例中较为简单的微物理方案Morrison双参方案对于过冷水层的模拟要优于复杂方案Fast bin。另外,对于关键微物理量(雪下落末速度,云水自动转化凇附效率,冰晶核化,霰的下落速度,液态粒子冻结速率)的扰动。结果表明,雪的下落末速度、凇附效率及过冷云水的初始数浓度是影响过冷水层结构的最重要的微物理参量,其它过程对过冷水层结构的影响不大。
冰雪晶形态对混合相云微物理量分布影响的分档模式研究
利用毫米波雷达Doppler功率谱和偏振参量反演云滴/冰晶谱分布及垂直气流的方法研究
冰雪晶粒子分档模式发展及与观测资料的对比分析
  • 批准号:
    41005073
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    杨洁帆
  • 依托单位:
国内基金
海外基金