飛機(jī)積冰的直接氣象因子――過(guò)冷云水的中尺度數(shù)值模擬和預(yù)報(bào)

1、飛機(jī)積冰的直接氣象因子過(guò)冷云水的中尺度數(shù)值模擬和預(yù)報(bào)王鵬云阮征北京100081 驗(yàn)HUAMEX海峽兩岸及臨近地區(qū)暴雨試用5-D可視化系統(tǒng)觀(guān)察分析云中各種相態(tài)水成物和流場(chǎng)給出了造成飛機(jī)積冰的直接氣象因子云中過(guò)冷水的空間分布和隨時(shí)間演變及其與水汽冰晶雪垂直氣流的相互關(guān)系具有完善濕物理顯式方案的高分辯非靜力平衡中尺度數(shù)值模式MM5可用于對(duì)飛機(jī)積冰的直接氣象因子云中過(guò)冷水量的模擬和直接預(yù)報(bào)飛機(jī)積冰中尺度數(shù)值預(yù)報(bào)引言夏季在具有充沛水汽和強(qiáng)對(duì)流的云中冰晶雪等主要在0-15還有大量液相的云滴即過(guò)冷云水存在過(guò)冷水滴碰到飛機(jī)表面會(huì)立即凍結(jié)較長(zhǎng)時(shí)間飛行在過(guò)冷云水區(qū)的飛機(jī)由于機(jī)面積冰可能改變飛機(jī)機(jī)翼的表面形態(tài)乃至流

2、體動(dòng)力學(xué)性質(zhì)1-3 ÉõÖÁÓÚÔì³É·É»úʧÊÂÖйú±©ÓêÊÔÑéÑо¿G1998040907國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目49735180次飛行事故調(diào)查結(jié)果表明ColeandSand,1991因而對(duì)飛機(jī)積冰的預(yù)報(bào)是飛行安全氣象保障的一項(xiàng)重要內(nèi)容主要考慮

3、的氣象因子包括溫度和相對(duì)濕度 -2-15或65%·É»ú»ý±ù¶ø¶ÔζȺÍÏà¶Ôʪ¶ÈµÄÔ¤±¨Ôò¿ÉÓûùÓÚ¹Û²â

4、×ÊÁϵÄÖ÷¹ÛÔ¤±¨»òÊýֵģʽÌṩµÄÐÎÊƳ¡Ô¤±¨5ģʽÖл¹¿¼

5、;ÂÇÁ˵ØÐκÍÇ¿¶ÔÁ÷Ó°Ïìˮƽ·Ö±æÂÊ40kmÓëÓÃζȺÍÏà¶Ôʪ¶ÈÔ&

6、#164;±¨½á¹û×÷Á˱ȽÏReisner et al.(1998 7為PSU/NCAR 中尺度模式MM5發(fā)展了更完善的描述冷云的云物理顯式方案因而為預(yù)報(bào)飛機(jī)積冰提供了新途徑福建完成的 取得的加密觀(guān)測(cè)為用高分辯非靜力平衡中尺度數(shù)值模式MM5模擬研究華南暴雨中尺度云物理過(guò)程提供了條件IOP用5-D可視化系統(tǒng)觀(guān)察分析云中各種相態(tài)水成物和流場(chǎng)從而得到在諸多因子作用下形成的過(guò)冷云水的分布和變化二這次過(guò)程由強(qiáng)冷空氣南下而產(chǎn)生24日08時(shí)到達(dá)武夷山到北部灣沿

7、岸一線(xiàn)在珠江口以西和沿海形成對(duì)流云團(tuán)23日下午到夜間四會(huì)新會(huì)珠海站的日雨量分別達(dá)236.3161.6202.3毫米模式及試驗(yàn)方案中尺度模式為美國(guó)PSU/NCAR非靜力平衡中尺度數(shù)值模式MM58再引入實(shí)際地面及高空觀(guān)測(cè)資料對(duì)初估場(chǎng)進(jìn)行訂正 規(guī)定等壓面和特性層側(cè)邊界用時(shí)變出入流方案在HUAMEX試驗(yàn)的加強(qiáng)觀(guān)測(cè)期間清遠(yuǎn)楊江四站一天有四次探空本個(gè)例模擬中暫未加入這可能影響到初值和側(cè)邊界值中尺度信息的引入最外層格距45公里61水平格點(diǎn)數(shù)61最內(nèi)層格距5公里73E N E N E N地形資料分別用精度為經(jīng)緯度30HUAMEXÊÔÑéÆÚ¼

8、;äÓÃNOAAÎÀÐÇ×ÊÁÏ·´Ñݵõ½µÄÎÒ¹úµØ±íÖ²±»×ÊÁÏÓü°ÁÚ½üµØÇøE

9、 NµÄµØ±íÖ²±»·Ö²¼·´ÕÕÂʱȷøÉäÂÊÓëÃÀ¹úNCA RÖ²±»×ÊÁϱȽÏ對(duì)所有三層網(wǎng)格尺度的顯式云物理參數(shù)

10、化方案均選用了基于混合冰相的Reisner霰方案7所以我們采用了幾種參數(shù)化方案格距15公里的中網(wǎng)格用Kain格距5公里的細(xì)網(wǎng)格僅用顯式方案Reisner霰方案中將水汽雨水雪 其中對(duì)云冰霰還考慮了其數(shù)濃度變化包括 非均勻凍結(jié)T=-40C云冰融化成云水 繁生淞附 雪晶聚并雪碰并云冰雨水碰并云冰凍結(jié)成霰雨水碰并雪凍結(jié)成霰雪的凝華增長(zhǎng)和融化云水相互碰并成雨水圖1模擬結(jié)果每小時(shí)輸出一次熱力場(chǎng)的相互配置預(yù)報(bào)與實(shí)況比較24小時(shí)降水量預(yù)報(bào) 模式預(yù)報(bào)的24小時(shí)降水量與實(shí)況比較但位置略偏西158毫米5公里細(xì)網(wǎng)格模擬不但較好地預(yù)報(bào)了最大降水量更細(xì)致的多中心中尺度結(jié)構(gòu)Array二造成珠江口以西地區(qū)的降水云團(tuán)24日08

11、時(shí)以后南移入海降水中心范圍四Array個(gè)站南海中山與之相比較因而模擬降水時(shí)間趨勢(shì)與實(shí)況基本吻合四站實(shí)測(cè)降水和模擬最大降水中心的逐時(shí)變化均反映出這次降水集中在很短時(shí)段云頂高度香港多卜勒雷達(dá)觀(guān)測(cè)的云頂高度在8-10公里冰晶霰和雨水的混合比垂直剖面給出的云頂高在300-400hPa通過(guò)上述比較模擬降水較好地反映了這次暴雨實(shí)況例如202mm在降水時(shí)段上模擬比實(shí)況提前但初值和側(cè)邊界值資料較粗而加密觀(guān)測(cè)資料尚未同化進(jìn)去有關(guān)五維持和消散過(guò)冷云水是指在負(fù)溫度區(qū)的液態(tài)云水當(dāng)環(huán)境溫度高于-20相當(dāng)部分的云水不會(huì)自然凍 結(jié)而維持在過(guò)冷的液態(tài)冰晶霰過(guò)冷水滴才被冰粒子碰併凍結(jié)水相表面飽和水汽壓差而導(dǎo)致的貝杰龍過(guò)程而蒸發(fā)

12、生成消散Reisner霰方案在MM5模式中全面綜合考慮了各種云物理過(guò)程作用溫度等相互作用用5-D可視化系統(tǒng)可以清楚地顯示云水冰晶Array動(dòng)畫(huà)圖顯示冰相雪過(guò)冷水減少在沒(méi)有冰相的部位則沒(méi)有雨水雨水區(qū)隨著冰相和過(guò)冷水的的移動(dòng)而移動(dòng)與之相應(yīng)的是上面冰與過(guò)冷水混存及其下方雨水在雨水區(qū)間隙處雖也有大片的云水雨水很少或幾近沒(méi)有由模式輸出的過(guò)冷水三維格點(diǎn)資料Array即飛機(jī)可能積冰區(qū)如圖2a給出的1998.5.24.00h在450hPa等壓面上的分布Array即飛機(jī)可能積冰的航段如圖2b給出的1998.5.24.00h過(guò)冷水的垂直剖面分布還可給出某場(chǎng)站上方過(guò)冷水的隨時(shí)間的變化情況格點(diǎn)坐標(biāo)19的時(shí)間-高度剖面

13、小結(jié)用Reisner顯式方案高分辯非靜力平衡中尺度數(shù)值模式MM5模擬研究98年一次加強(qiáng)觀(guān)測(cè) 的華南暴雨個(gè)例中云物理過(guò)程熱力場(chǎng)的三維空間分布和隨時(shí)間的演變與水汽 冰相 冰晶 霰 雪 垂直氣流的相互關(guān)系 表明 具有完善 濕物理顯式方案的高分辯非靜力平衡中尺度數(shù)值模式 可用于對(duì)飛機(jī) 積冰的直接氣象因子云中過(guò)冷水量的模擬和直接預(yù)報(bào) 當(dāng)對(duì)流較強(qiáng) 產(chǎn)生冰相 冰晶 霰 雪 后 由于冰粒子與過(guò)冷水間的碰併以及貝杰 龍過(guò)程會(huì)減少過(guò)冷水 當(dāng)對(duì)流較弱因而只有液相云水而無(wú)冰相加入時(shí) 過(guò)冷云水容易維持 參考文獻(xiàn) ，： ， ，： ， ，： ， ，： ， ， ， ，： ， ，： ： ， ，： ， （）， ， 鵬云，肖乾廣，：衛(wèi)星遙感地表植被及其在華南暴雨中尺度數(shù)值 王 模擬中的應(yīng)用試驗(yàn)，應(yīng)用氣象學(xué)報(bào) 待發(fā)表 圖 霰方案框圖 60.00 a 50.00 40.00 24.00 22.00 b 24.00 22.00 c 20.00 20.00 18.00 18.00 16.00 16.00 14.00 30.00 12.00 14.00 12.00 10.00 20.00 8.00 10.00 8.00 6.00 10.00 4.00 6.00 4.00 2.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 2.00 4.00 6.00 8.0