120 / 2026-02-12 10:38:58

华南暖区强降水微物理特征及其参数化研究

暖区暴雨,降水微物理特征,微物理方案

主题2 大气物理、化学、环境 > 专题2.13 云物理、气溶胶-云相互作用与极端降水事件

目前中尺度数值模式的微物理方案对发生在弱天气强迫背景下的华南暖区强降水的模拟能力仍不清楚。利用中国气象局龙门云物理野外科学试验基地多部2DVD长期观测资料，发现华南季风/热带气旋、季风内陆/沿海、以及暖区/锋面雨滴谱特征具有明显差异，但数值模式微物理方案是否能再现观测特征以及不同降水类型的差异，仍有待研究。因此，针对2022年5月华南一次沿海暖区强降水事件，利用双偏振雷达数据和地面2DVD雨滴谱等，评估和改进四种云微物理方案（WSM6、Thompson、Thompson aerosol-aware和Morrison）对降水微物理特征的模拟能力。结果显示，四个方案都能较好模拟出沿海和内陆两个强降水雨带，但对雨滴粒径大小和数浓度的描述能力较差且方案之间差异明显，与实况相比，模式方案更倾向于模拟出数浓度少且尺寸大的雨滴。从暖雨和冷雨过程对降水贡献来看，WSM6方案以暖雨贡献为主，其他三个方案则以冷雨为主，这与方案中凇附过程所需的过冷水来源有关。WSM6方案中冰粒子凇附增长主要依赖于过冷雨滴，而其他方案为过冷云滴，过冷雨滴的含量要远低于过冷云滴，导致WSM6的冰水含量相对较低，再加上雨滴收集云滴增长量较大，最终更多的暖雨降水。

降水微物理特征方面，对于雨滴的标准化数浓度Nw与质量加权平均直径Dm分布，Thompson、Thompson-A和Morrison与观测具有相似的“块状”形态，而WSM6方案由于是单参数方案，Nw不随Dm的变化而变化（雨滴的截距参数是常数），使Nw-Dm分布呈“线状”形态。在WSM6方案中引入观测所得的RWC与Nw关系，实时诊断出斜率参数，改善降水微物理特征模拟效果（粒径更小且数浓度更多）。对于Thompson和Morrison这些双参数方案，调整雨滴碰并/破碎公式中的直径阈值参数是最直接且有效的方法来提高雨滴破碎效率，进而改进模拟效果。即便在Morrison 中考虑水平风垂直切变对雨滴破碎的影响，但仍与观测的雨滴尺寸有一定差距。此外，利用较新的CAMS气溶胶再分析数据作为Thompson aerosol-aware方案的输入数据，可更好描述气溶胶的空间分布，在一定程度上改善降水分布，尤其是内陆雨带。