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冰核對華北平原地區積云發展的影響
關鍵詞：冰核 積云 華北平原
摘要：利用包括雙參數化微物理方案的云分辨的WRF模式(簡稱CR-WRF),對2014年8月24日發生在華北平原地區的一次積云過程進行了數值模擬。CR-WRF模式比較全面地考慮了氣溶膠粒子的活化過程,對不同氣溶膠的不同核化方案進行了參數化,包括云凝結核(CCN)的核化、冰核(IN)的均質和異質核化等,令其濃度分為HCCN,MCCN和LCCN三個等級,分別對應數密度為9000 cm^-3,900 cm^-3和90 cm^-3的情況下,考慮黑碳氣溶膠(BC)作為IN,將其數濃度從2 cm^-3增加至2000 cm^-3,并且在CCN濃度不變的情況下,通過改變BC的濃度探討積云微物理過程對IN的響應。模擬結果表明:在LCCN條件下,BC濃度很低的時候冰晶數濃度大于HCCN情況下的冰晶濃度。隨著BC濃度的不斷增加,冰晶粒子數濃度在HCCN條件下迅速增長,并超過了LCCN和MCCN情況下的冰晶數濃度。這是由于LCCN條件下,BC濃度較低時云內過飽和水汽含量高于HCCN情況下的含量,從而形成了較多的冰晶粒子;而隨著BC濃度的不斷增加,在HCCN條件下的上升氣流逐漸大于LCCN條件下的上升氣流,因此在HCCN條件下的冰晶得以迅速增長。隨著BC濃度的增長,云滴數濃度沒有明顯的變化;而云滴有效半徑呈現出隨BC濃度的增長而減小的趨勢。這是由于BC對云滴粒子的形成沒有較大貢獻,隨著BC的增加云內上升氣流增強,導致云滴粒子有效半徑減小。此外,對流中心上升速度隨BC濃度的增長而增長;與此同時,下沉速度在LCCN情況下隨BC濃度的增長而增長,在HCCN和MCCN情況下則隨BC濃度的增長而減小。由此得出以下結論:在LCCN條件下由于云滴粒子的核化過程較低,因此對冰晶的異質核化過程提供了足夠的水汽,使得在BC濃度很低的情況下冰晶數濃度大于HCCN和MCCN的條件。由于相變過程會不斷地釋放潛熱,使云內對流中心上升氣流增大,下沉氣流減弱,并產生更多粒徑較小的云滴粒子,從而起到抑制?
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