一次深厚浓雾过程的边界层特征和生消物理机制的观测及数值模拟研究

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2007年12月13~14日,南京出现一次厚度达600 m的强浓雾过程。浓雾持续了14个小时,其中能见度小于50m的强浓雾维持了4个小时。 本文首先利用大气边界层探空、雾滴谱、能见度、垂直速度、辐射和热平衡各分量以及气象常规观测资料,分析了此次深厚强浓雾过程的边界层特征和生消物理机制,然后应用一个包含气溶胶详细物理过程和辐射的一维雾模式针对两种初始条件对这次雾的生消物理过程进行模拟试验。 分析表明,这次雾过程首先由地面辐射冷却形成,而后低空平流冷却形成低云;随后地面雾层逐渐抬升,低云不断下伸;在近地面弱冷空气影响下,温度进一步下降,环境过饱和度增大,地面雾爆发性增强,雾滴数密度和含水量以10倍、100倍增大,能见度骤降至15m以下;紧接着地面雾爆发性升高,并和低云上下贯通形成深厚雾层。此次雾过程的三个罕见特征是:(1)雾层深厚,(2)爆发性发展,(3)贴地层逆温始终维持。地面雾升高与雾微物理过程迅速发展,与大量凝结潜热释放有关。地面雾体增温之后,动量增量明显跃增,雾体出现了明显的上升运动。地面雾层持续期间始终不消的贴地强逆温层与上层雾(低云)阻碍了地面雾项辐射降温有关,爆发性发展前后,地面弱冷平流降温也是维持贴地强逆温层的一个原因。 模拟试验结果表明:这个一维雾模式能够较好的模拟出贴地层由于辐射降温产生的雾的生消过程,两种方案模拟的能见度随时间的演变与观测结果较为一致。模拟的地面(2m)含水量峰值比观测值略低。两种方案模拟的雾层厚度都比观测值低,是因为模拟中没有考虑到上层冷平流的作用,因而没有上层低云向下发展,模拟出来的雾层只是受到辐射作用生成的雾层高度。从地面能见度和液水含量与观测的比较结果看,用气象观测站20:00探空作初始场的模拟效果优于用外场观测的18:00时探空作初始场的结果。
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