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山西春季层状云系数值模拟及与飞机探测对比

李军霞 李培仁 陶玥 史月琴 晋立军

李军霞, 李培仁, 陶玥, 等. 山西春季层状云系数值模拟及与飞机探测对比. 应用气象学报, 2014, 25(1): 22-32..
引用本文: 李军霞, 李培仁, 陶玥, 等. 山西春季层状云系数值模拟及与飞机探测对比. 应用气象学报, 2014, 25(1): 22-32.
Li Junxia, Li Peiren, Tao Yue, et al. Numerical simulation and flight observation of stratiform precipitation clouds in spring of Shanxi Province. J Appl Meteor Sci, 2014, 25(1): 22-32.
Citation: Li Junxia, Li Peiren, Tao Yue, et al. Numerical simulation and flight observation of stratiform precipitation clouds in spring of Shanxi Province. J Appl Meteor Sci, 2014, 25(1): 22-32.

山西春季层状云系数值模拟及与飞机探测对比

资助项目: 

国家自然科学基金项目 40905059

公益性行业 (气象) 科研专项 GYHY201206025

中国气象局小型业务项目 1220200108

公益性行业 (气象) 科研专项 GYHY201306065

详细信息
    通信作者:

    李军霞,email: ljx22258@126.com

Numerical Simulation and Flight Observation of Stratiform Precipitation Clouds in Spring of Shanxi Province

  • 摘要: 采用中国气象科学研究院 (CAMS) 中尺度云参数化模式对2010年4月20日山西省一次春季层状降水云系的宏微观结构,特别是垂直方向上的微物理结构进行了数值模拟和分析。利用携带云粒子探测设备的飞机对该次层状云系进行了两次云物理探测飞行,并将飞机探测所获取的数据和图像资料与数值模拟结果进行了对比研究。模拟结果显示:该次降水过程以层状冷云降水为主,云中过冷水含量丰富,云系存在明显的3层结构,地面降水主要来自于云中高层冰晶、雪、霰等冰相粒子的融化和低层云水的转化。数值模拟与飞机探测对比分析显示,高空温度、湿度和高度的配置两者基本一致,数值模拟不同高度的云粒子相态、垂直方向云水比含水量与飞机探测获取的云粒子图像和云液态水含量的垂直结构基本吻合,但数值模拟的云中各种水成物粒子出现的高度较飞机探测偏高。
  • 图  1  2010年4月20日09:00(a) 和20:00(b) 垂直积分云水分布

    Fig. 1  Vertical integrated water distribution at 0900 BT (a) and 2000 BT (b) on 20 April 2010

    图  2  2010年4月20日09:00(a) 和20:00(b)500 hPa云水分布 (阴影)

    (红色等值线代表温度,单位:℃)

    Fig. 2  500 hPa cloud water distribution (shaded) at 0900 BT (a) and 2000 BT (b) on 20 April 2010

    (red isoline denotes temperature, unit:℃)

    图  3  2010年4月20日09:00(a), 12:00(b), 20:00(c)500 hPa冰晶数浓度分布 (阴影)

    (红色等值线代表温度,单位:℃)

    Fig. 3  The number concentration distribution (shaded) of 500 hPa ice crystals at 0900 BT (a), 1200 BT (b) and 2000 BT (c) on 20 April 2010

    (red isoline denotes temperature, unit:℃)

    图  4  2010年4月20日12:00(a), 15:00(b), 16:00(c), 18:00(d) 山西省汾阳站上空水成物粒子分布

    Fig. 4  Vertical distribution of hydrometeors over Fenyang Station of Shanxi Province at 1200 BT (a), 1500 BT (b), 1600 BT (c), 1800 BT (d) on 20 April 2010

    图  5  2010年4月20日12:00(a), 15:00(b), 17:00(c), 21:00(d) 文水站上空各种水成物粒子分布

    Fig. 5  Vertical distribution of hydrometeors of Wenshui Station at 1200 BT (a), 1500 BT (b), 1700 BT (c), 2100 BT (d) on 20 April 2010

    图  6  2010年4月20日第1次飞行机载CIP探测到的云粒子图像 (a) 和机载PIP探测到的降水粒子图像 (b)

    Fig. 6  Cloud particle images of CIP (a) and raindrop particle images of PIP (b) during the first flight on 20 April 2010

    图  7  2010年4月20日11:00汾阳站上空 (a) 与12:00文水站上空 (b) 的各种水成物粒子分布模拟结果

    Fig. 7  Simulated vertical distribution of the hydrometeors at 1100 BT over Fenyang Station (a) and 1200 BT over Wenshui Station (b) on 20 April 2010

    图  8  2010年4月20日第1次飞行时段内云中液态水含量 (a) 与云粒子数浓度的垂直分布 (b)

    Fig. 8  Vertical distribution of the CDP-LWC (a) and the number concentration of cloud particles (b) during the first flight on 20 April 2010

    图  9  2010年4月20日第2次飞行机载CIP探测到的云粒子图像 (a) 和PIP探测到的降水粒子图像 (b)

    Fig. 9  Cloud particle images of CIP (a) and raindrop particle images of PIP (b) during the second flight on 20 April 2010

    图  10  2010年4月20日16:00(a) 和17:00(b) 汾阳站上空各种水成物粒子分布模拟结果

    Fig. 10  Simulated vertical distribution of hydrometeors over Fenyang Station at 1600 BT (a) and 1700 BT (b) on 20 April 2010

    图  11  2010年4月20日第2次飞行时段内云中液态水含量 (a) 与云粒子数浓度的垂直分布 (b)

    Fig. 11  Vertical distribution of the CDP-LWC (a) and the number concentration of cloud particles (b) during the second flight on 20 April 2010

    表  1  2010年4月20日两次飞行飞机探测与数值模拟温度、高度对照表

    Table  1  The temperature and height contrast references of the two-flight detections and numerical simulation on 20 April 2010

    层次 第1次 第2次
    飞机探测 数值模拟 飞机探测 数值模拟
    0℃层 3075~3102 m 3100 m附近 2981~3130 m 3100 m附近
    -5℃层 4234~4337 m 4300 m附近 4503~4565 m 4500 m附近
    -10℃层 5600~5633 m 5600 m附近 5750~5782 m 5600 m附近
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-04-24
  • 修回日期:  2013-07-02
  • 刊出日期:  2014-01-31

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