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基于城市气溶胶云微物理方案的北京冰雹增强机理研究

城市,气溶胶,冰雹,bin

主题2 大气物理、化学、环境 > 专题2.14 人工影响天气

本研究以快速城市化背景下强对流天气频发为背景，聚焦北京地区，系统探究了城市下垫面与城市气溶胶对冰雹云形成与发展的影响机理。通过改进WRF模式中的云微物理方案，建立了基于fast-SBM框架的城市气溶胶谱分档方案，并将水凝物档位由33档扩展至43档，突破了冰雹粒径模拟的人为上限，显著提升了模式对强对流过程中水凝物谱及冰雹尺寸的模拟能力。基于2025年5月13日北京一次典型强降雹过程，设计了三组精细化数值模拟试验（无城市、仅城市下垫面、同时包含城市下垫面与气溶胶），系统揭示了城市环境对冰雹云影响的物理机制。研究结果表明：城市下垫面主要通过热动力增强效应，其热岛效应显著提升局地对流不稳定性，增强垂直上升运动，从而促进雹胚生成与增长，导致区域累积降水量增加9.5%，降雹量增加18.2%；城市气溶胶则表现为微物理调节作用，高浓度气溶胶作为丰富的云凝结核，增加云滴与冰晶数量，抑制暖雨转化与小冰雹生成，但促进雪花聚合与雪花‑冰雹转化路径，使得大冰雹（直径＞5cm）出现概率提升30.0%。二者在系统移入城区后表现出协同增强效应，使降雹更集中、强度更强。本研究不仅发展了适用于城市环境的气溶胶‑云‑冰雹耦合模拟方案，深化了对城市强对流灾害形成机理的科学认识，也为城市精细化天气预报、冰雹灾害预警、人工影响天气及气候环境影响评估提供了重要的技术支撑与科学依据。