冰雪晶粒子分档模式发展及与观测资料的对比分析

发展一个考虑了云中冰雪晶粒子形态的一维层状云粒子全分档模式，改进现有模式对凝华增长及碰并、淞附物理过程的处理，初步实现在分档模式中描述冰雪晶的繁生过程，并使其具有描述人工催化功能，为进一步研究混合相云中降水粒子形成的物理机制提供一个强有力的研究工具。利用发展的模式，对已有飞机探测所获取的降水系统不同高度、温度及过冷水含量情况下冰晶粒子占优的形状及含量进行数值模拟，在模式模拟与观测资料较为一致的情况下，再现降水形成的各种物理过程及占主导作用的过程。通过个例模拟及对比分析，深化对层状云降水过程的认识。进行播撒模拟实验，研究层状云催化所播撒的各类粒子对自然降水过程的改变作用，为科学开展人工增雨提供指导。

按照项目任务书的要求，从2011年1月至2013年底做了冰雪晶分档模式的发展及观测对比研究的工作。基本完成了项目设想的研究内容。在国内外期刊发表第一作者署名文章3篇，包括两篇核心期刊(已经正式发表)和一篇SCI文章(已经在线发表，预计4-5月份正式发表)。参加国际学术会议一次(ICCP 2012 德国 莱比锡)。取得的成果简要介绍如下： 对2009年河北省张家口市一次三机联合观测的数据进行了分析整理工作，研究了不谱参数轨迹随温度的变化，及冰晶数浓度与云中大云滴粒子之间的统计关系。谱参数轨迹在冰晶繁生(H-M机制)对应的温度区间变化方向与积云降水有一定的差异，且层状云中冰晶数浓度与直径大于24微米的云粒子数浓度相关性较差。结合对二维粒子图像的分析表明H-M机制很可能不是导致层状云内高浓度冰晶的主要因素。为了研究高空对流泡及云顶温度的起伏对冰晶数浓度的影响，采用层状云分档模型对不同的高空对流泡播撒强度及云顶温度进行了模拟，发现在这两个因素对层状云内冰晶的繁生作用有一定的影响，但是效果均不明显。较高的高空冰晶播撒强度往往对应较快的过冷水消耗速率。在比较极端的情况下冰晶数浓度也仅仅提升了一倍，无法起到决定性的作用。同时观测的气溶胶活化特性显示，该次观测期间4500 m高度存在大量难于活化的粒子(超过80%)。因此，提出了生物质气溶胶、有机气溶胶及沙尘粒子可能是本次观测期间云中高浓度冰晶的主要来源。