江西地区层状暖云微物理结构特征及云雨自动转化阈值函数的研究

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为深入研究江西地区层状暖云的微物理结构特征、降水性与非降水性层状暖云微物理结构的差异以及云雨自动转化阈值函数(T),利用机载云粒子探测设备对2014年11月06日-12月25日期间在江西地区探测获得的七次高分辨率暖云资料详细分析了该地区层状暖云的云微物理参量特征,同时通过对暖云T值的计算,讨论云雨自动转化过程对各微物理量尤其是离散度效应的影响,分析得到ε与Nc间相关关系形成的可能机理,对气溶胶与云雨自动转化函数的相互作用进行研究,增强气溶胶-云-降水相互作用的认识。通过对比降水云和非降水云云内各微物理参量和云滴尺度的垂直分布特征发现,降水云与非降水的液水含量(LWC)与有效直径(ED)都随着高度逐渐增加,降水云的LWC大于非降水云,说明上升气流起到明显作用,与非降水云相比降水云发展旺盛。两种云为尺度较小的云滴时数浓度(Nc)较高,当云滴粒径不断增加时Nc呈现减小趋势,在降水云中的尺度较大的云滴多位于云的上层。讨论云内各微物理参量的概率分布特征发现,不论是降水云还是非降水云的Nc、LWC和ED的概率分布均呈现单峰分布,但降水云的各微物理参量的平均值和标准差都高于非降水云,说明与非降水云相比降水云发展更为旺盛。云雨自动转化阈值函数(T)是描述云内碰并强度的重要微物理参量。我们发现T值在云内分布呈现云底较小,随着云内高度的增加T值逐渐增大,并且在云中部和上部达到最大值;研究还发现降水云的T值在0.6以上的频率远大于非降水云,表明降水云中的碰并过程更强,云滴更易通过凝结和碰并过程形成雨滴,符合暖云降水机制。云滴谱离散度(ε)与Nc均呈明显的负相关关系,当Nc较低时ε散落在较大的范围内,随着Nc的增加ε逐渐收敛,并且T与ε有着很强的依赖关系,T随着ε的增加而增加。降水云中ε和Nc的负相关程度较非降水云更为显著,随着T的增大,二者的负相关程度增强;相比于云滴平均半径(ra)的变化,云滴谱标准差(σ)的变化主导ε-Nc负相关程度的增强。在污染天的T值在0.4以下的频率远高于清洁天的情况,是由于气溶胶间接效应使得云内云滴数浓度增加云滴半径减小,进而抑制层状暖云中云雨自动转化过程,因此当气溶胶数浓度较高云内的碰并强度逐渐降低。
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