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一次浙江对流云催化数值模拟试验

楼小凤 傅瑜 孙晶

楼小凤, 傅瑜, 孙晶. 一次浙江对流云催化数值模拟试验. 应用气象学报, 2019, 30(6): 665-676. DOI: 10.11898/1001-7313.20190603..
引用本文: 楼小凤, 傅瑜, 孙晶. 一次浙江对流云催化数值模拟试验. 应用气象学报, 2019, 30(6): 665-676. DOI: 10.11898/1001-7313.20190603.
Lou Xiaofeng, Fu Yu, Sun Jing. A numerical seeding simulation of convective precipitation in Zhejiang, China. J Appl Meteor Sci, 2019, 30(6): 665-676. DOI:  10.11898/1001-7313.20190603.
Citation: Lou Xiaofeng, Fu Yu, Sun Jing. A numerical seeding simulation of convective precipitation in Zhejiang, China. J Appl Meteor Sci, 2019, 30(6): 665-676. DOI:  10.11898/1001-7313.20190603.

一次浙江对流云催化数值模拟试验

DOI: 10.11898/1001-7313.20190603
资助项目: 

中国气象科学研究院基本科研业务费项目 2018KJ007

国家自然科学基金面上项目 41675137

国家重点研究发展计划 2018YFC1507901

中国气象科学研究院基本科研业务费项目 2019Z013

中国气象科学研究院基本科研业务费项目 2018Z009

详细信息
    通信作者:

    楼小凤, louxf@cma.gov.cn

A Numerical Seeding Simulation of Convective Precipitation in Zhejiang, China

  • 摘要: 为了研究吸湿性催化剂、碘化银催化剂及两者的联合催化效果,利用双参数三维对流云催化模式,对浙江南部一次对流云降雨过程分别进行盐粉暖云催化、碘化银冷云催化和冷暖混合催化试验,对比研究不同催化方案对对流云降雨的可能影响。结果表明:盐粉催化导致先增雨后减雨,主要通过盐溶滴与云滴碰并增长,及雨滴碰并和霰粒子碰冻过程消耗。在上升气流区和降雨前期进行催化的增雨效果更好,30 μm粒径的盐粉催化剂量为12.5/L时,可增加降雨量17.8%。在降雨过程的不同发展阶段进行AgI催化,表现出先减雨后增雨的催化效果。盐粉和碘化银的联合催化,由于两者催化效果的不同步,使得不同吸湿性催化剂和碘化银催化剂量配置会导致不同的催化效果。当30 μm的盐粉,催化剂量12.5/L,联合碘化银100/L的冷区催化,可取得19%的增雨效果。
  • 图  1  2016年9月1日模拟回波垂直剖面图(黑线表示温度,单位:℃)

    Fig. 1  Vertical section of simulated echo on 1 Sep 2016 (black line denotes temperature, unit:℃)

    图  2  模拟的流场、温度和云中水成物垂直分布(a)模拟第15分钟的云水(红线,单位:g·kg-1)、流场(白色箭头)、垂直速度(填色)、温度(黑线,单位:℃), (b)模拟第15 min的冰晶(蓝线,单位:g·kg-1)、雨水(绿线,单位:g·kg-1)、温度(黑线,单位:℃), (c)模拟第40分钟的云水(红线,单位:g·kg-1)、流场(白色箭头)、垂直速度(填色)、温度(黑线,单位:℃), (d)模拟第40分钟的冰晶(蓝线,单位:g·kg-1)、雨水(绿线,单位:g·kg-1)、霰(填色)、温度(黑线,单位:℃)

    Fig. 2  Vertical subsections of simulated vector, temperature and water substances (a)cloud water content (red line, unit:g·kg-1), vector (white arrow), vertical speed (the shaded), temperature (black line, unit:℃) at the 15th minute, (b)ice (the blue line, unit:g·kg-1), rain water (green line, unit:g·kg-1), temperature (black line, unit:℃) at the 15th minute, (c)cloud water content (red line, unit:g·kg-1), vector (white arrow), vertical speed (the shaded), temperature (black line, unit:℃) at the 40th minute, (d)ice (blue line, unit:g·kg-1), rain water (green line, unit:g·kg-1), graupel (the shaded), temperature (black line, unit:℃) at the 40th minute

    图  3  雨水的源项(a)和降雨量(b)随时间分布

    Fig. 3  Time series of rainwater source terms(a) and precipitation(b)

    图  4  催化部位和拟降水分布(a)模拟区域(黑色方框)和模拟云水(红线,单位:g·kg-1)、垂直速度(填色)、温度(绿线,单位:℃)分布,(b)不同盐粉粒径和小催化剂量下2 min降雨随时间分布,(c)不同盐粉粒径和大催化剂量下2 min降雨随时间分布

    Fig. 4  Seeding location and precipitation distribution (a)seeding area (black box) and subsections of simulated cloud water (red line, unit:g·kg-1), vertical speed (the shaded), temperature (green line, unit:℃), (b)time series of precipitation within 2 min with different salt particle size and small seeding rates, (c)time series of precipitation within 2 min with different salt particle size and big seeding rates

    图  5  模拟第32分钟时水成物、盐溶滴分布和主要微物理过程(a)模拟云水(红线,单位:g·kg-1)、雨水(蓝线,单位:g·kg-1)、霰(绿线,单位:g·kg-1)、盐溶滴(填色)垂直剖面,(b)模拟云水(红线,单位:g·kg-1)、雨水(蓝线,单位:g·kg-1)、霰(绿线,单位:g·kg-1)、盐溶滴(填色)水平分布,(c)盐粉与其他水成物之间的微物理过程随时间变化

    Fig. 5  Subsection of simulated water substances, salt resolved water and main microphysical processes at the 32nd minute (a)the vertical section of simulated cloud water (red line, unit:g·kg-1), rainwater (blue line, unit:g·kg-1), graupel (green line, unit:g·kg-1), salt resolved water (the shaded), (b)the horizontal distribution of simulated cloud water (red line, unit:g·kg-1), rainwater (blue line, unit:g·kg-1), graupel (green line, unit:g·kg-1), salt resolved water (the shaded), (c)time series of microphysical processes between salt resolved drops and other water substances

    图  6  催化部位和模拟降雨分布(a)催化区域(黑色方框)和模拟云水(红线,单位:g·kg-1)、垂直速度(填色)、温度(绿线,单位:℃)分布,(b)不同催化高度下2 min降雨量随时间分布

    Fig. 6  Seeding location and precipitation distribution (a)seeding area (black box) and subsections of simulated cloud water (red line, unit:g·kg-1), vertical speed (the shaded), temperature (green line, unit:℃), (b)time series of precipitation within 2 min at different seeding level (unit:kt)

    图  7  不同催化开始时间2 min累积降雨量随时间变化

    Fig. 7  Precipitation within 2 min with different seeding start time (unit:kt)

    图  8  催化部位和模拟降雨分布(a)碘化银催化区域(黑色方框)和模拟云水(红线,单位:g·kg-1)、垂直速度(填色)、温度(绿线,单位:℃),(b)不同催化剂量下2 min降雨量随时间分布

    Fig. 8  Seeding location and precipitation distribution (a)seeding area (black box) and subsections of simulated cloud water (red line, unit:g·kg-1), vertical speed (the shaded), temperature (green line, unit:℃), (b)time series of precipitation within 2 min with different seeding rates

    图  9  自然云和催化云的云中水成物随时间分布

    Fig. 9  Time series of unseeded and seeded water substances

    图  10  催化部位和模拟降雨分布(a)催化区域(黑色方框)和模拟云水(红线,单位:g·kg-1)、垂直速度(填色)、温度(绿线,单位:℃),(b)不同催化方案下2 min降雨量随时间分布

    Fig. 10  Seeding location and precipitation distribution (a)seeding area (black box) and subsections of simulated cloud water (red line, unit:g·kg-1), vertical speed (the shaded), temperature (green line, unit:℃), (b)time series of rainfall within 2 min with different seeding schemes

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出版历程
  • 收稿日期:  2019-07-15
  • 修回日期:  2019-10-30
  • 刊出日期:  2019-11-30

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