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基于飞机观测的过冷水形成关键因素分析

飞机观测,云降水物理学,过冷水

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

云中液态水含量是云中重要的微物理要素之一，它是决定云中降水效率、辐射传输以及飞机结冰风险的关键微物理参数。利用2022年11月12日安徽地区一次飞机原位观测的数据，本文分析了液态水含量（LWC）集中区域（峰值2.28 g·m⁻³）的天气背景与云粒子空间分布特征，进一步通过GAM-SHAP模型筛选14个关键变量，定量归因了LWC富集的主导因素。结果表明，在LWC含量较小时由温湿主导，云中凝结增长不充分；中LWC阶段水平水汽输送与云滴凝结增长协同主导；高LWC以大粒径气溶胶主导，微物理过程由凝结增长主导向碰并增长及冰相过程演变。同时，液相主导的阶段一（11:10–11:30）以云滴凝结增长为主，相对湿度（R*=0.71）与大粒径气溶胶数浓度BANC（R*=0.79）为主要驱动因子，上升气流促进LWC生成，下沉气流抑制其积累；冰相参与增强的阶段二（11:50–12:00）以WBF过程为核心，LWC向冰水含量（IWC）转化，大粒径气溶胶作为冰核通过消耗过冷水抑制LWC的维持与积累，且垂直气流作用与阶段一相反。GAM模型对LWC预测性能良好（多数R²>0.7），高LWC样本因样本量少存在过拟合。SHAP分析显示大粒径气溶胶核化作用主导LWC变化，14个变量呈现线性、波动、倒U、勺型及无明显响应五类非线性模式，反映多过程协同控制液态水生成。本研究基于单次飞机积冰案例，未来需在更多样化的天气背景与地理条件下进一步验证。