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基于粒子解析直接数值模拟的夹卷中云滴谱离散度的收敛性

夹卷,离散度,收敛,直接数值模拟

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

        云与环境空气间的夹卷过程对云的宏微观特征具有重要影响，进而影响云的辐射气候效应。然而，目前夹卷对云滴谱离散度的影响机制尚不明确。由于夹卷与湍流紧密相关，尺度小，难观测，因此，本文使用高分辨率的直接数值模拟模式，并开展系列敏感性试验以探究夹卷对云滴谱离散度的影响及物理机制。

        首先，使用不同谱型云滴谱离散度初始化直接数值模拟模式，结果表明不同谱型云滴谱的离散度呈收敛特征。敏感性试验表明该收敛现象在蒸发主导的混合过程中普遍存在，且该现象由初始云滴谱与夹卷导致的过饱和度波动协同控制。此外，通过指数衰减模型量化了离散度收敛速率，并发现收敛速率受初始条件影响，具体体现为：其与云滴数浓度和湍流耗散率呈正比，与液态含水量、卷入干空气相对湿度和云区占比呈反比，这主要通过影响湍流混合过程与云滴蒸发过程进行调控。因此，本文提出一个包含湍流混合时间尺度与云滴蒸发时间尺度的概念模型以阐明该物理机制，即较慢的湍流混合和/或云滴蒸发过程会导致较慢的离散度收敛过程。

        本文提出了湍流混合与云滴蒸发时间尺度影响云滴谱的概念模型，揭示了夹卷对云滴谱离散度的影响及物理机制，为改进粗网格模式中离散度的参数化方案提供理论参考。