巨核對(duì)暖云降水影響的模擬研究

房文 鄭國(guó)光

中國(guó)氣象科學(xué)研究院,北京 100081

巨核對(duì)暖云降水影響的模擬研究

房文 鄭國(guó)光

中國(guó)氣象科學(xué)研究院,北京 100081

利用耦合了新的暖云參數(shù)化方案的中尺度模式 (MM5),研究了暖云降水中巨核的作用。在這個(gè)暖云方案里,先假定一個(gè)三模態(tài)的氣溶膠正態(tài)對(duì)數(shù)分布,然后考慮對(duì)流、擴(kuò)散、云滴和雨滴的核化 (非核化)過(guò)程,再由氣溶膠質(zhì)量的預(yù)報(bào)量顯式地計(jì)算出氣溶膠的數(shù)濃度。選擇了華北地區(qū)2005年6月25～26日的一次弱冷鋒過(guò)程,并以此研究了巨核對(duì)云和降水的影響。研究表明,巨核具有增強(qiáng)雨滴的凝結(jié)、碰并和云雨自動(dòng)轉(zhuǎn)化過(guò)程的作用,使得云滴數(shù)減少高達(dá)40%,云水減少達(dá)20%,云滴有效半徑增加高達(dá)30%左右。在污染和清潔環(huán)境下巨核均可增加降水。

暖云降水 巨核 模式

1 引言

早期關(guān)于云滴譜拓寬以及暖云中降水發(fā)展的假設(shè)是,氣溶膠中包含了巨核 (Giant Cloud Condensation Nuclei)和 (或者)超大核 (ultragiant CCN)。Johnson(1979,1982)利用一個(gè)氣塊模式模擬了云滴通過(guò)碰并過(guò)程在氣溶膠粒子上增長(zhǎng)的過(guò)程,結(jié)果表明,一定量的 GCCN的加入可以迅速提高降水尺度粒子的發(fā)展,甚至在膠性穩(wěn)定的大陸性云中也會(huì)出現(xiàn)這樣的結(jié)果。Woodcock et al.(1971)和Takahashi(1976)研究發(fā)現(xiàn),在海洋性云中,大的海鹽核對(duì)暖云降水的啟動(dòng)并沒(méi)有太大的貢獻(xiàn)。Feingold et al.(1999)分別用氣塊模式、雙參數(shù)分檔的三維大尺度渦旋模式對(duì)海洋性層積云的發(fā)展進(jìn)行了模擬,研究巨核對(duì)層積云中毛毛雨形成的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)云凝結(jié)核 (CCN)濃度在50～250 cm-3時(shí),云中觀測(cè)到的巨核濃度在10-4cm-3到10-2cm-3,這個(gè)濃度就足以使本來(lái)沒(méi)有降水的層積云變成有降水的過(guò)程。在CCN濃度較低的情況下,巨核的加入對(duì)毛毛雨的形成過(guò)程影響不大,這也與早期研究清潔積云的結(jié)果是一致的。

Yin et al.(2000)用一個(gè)二維粘性對(duì)稱模式對(duì)暖對(duì)流云的研究也得到了近似的結(jié)論,發(fā)現(xiàn)在CCN濃度為1700 cm-3左右,巨核濃度在0.02 cm-3的污染云中,降水過(guò)程比在CCN濃度為100 cm-3,沒(méi)有巨核的清潔云中更容易啟動(dòng)。這個(gè)模擬結(jié)果得到了Eagan et al.(1974a,1974b)和Hindman et al.(1977)關(guān)于造紙廠對(duì)云微結(jié)構(gòu)的影響的觀測(cè)研究和Rudich et al.(2002)關(guān)于鹽對(duì)咸海附近的云影響的觀測(cè)研究的證實(shí)。Wurzler et al.(2000)的研究結(jié)果表明,粒子表面覆裹了可溶性物質(zhì)的沙塵在云的形成過(guò)程中能促進(jìn)降水的形成。Rosenfeld et al.(2002)提出,巨核是控制降水的一個(gè)有效機(jī)制。數(shù)值試驗(yàn)表明,在細(xì)小核 (＜0.11μm)濃度較高的大陸性云中,大的云凝結(jié)核的出現(xiàn)會(huì)對(duì)降水形成產(chǎn)生很大影響。因?yàn)樵谠频撞课惠^大滴生長(zhǎng)的初期,較大的CCN能夠加強(qiáng)水滴之間的碰并作用。在細(xì)小核較少的海洋性云中,較大的CCN的影響就比較小,降水的形成發(fā)展主要決定于大云滴的數(shù)量。Khain et al.(2004)利用一個(gè)混合積云分檔模式研究了大氣氣溶膠粒子對(duì)對(duì)流云的影響。研究云的發(fā)展對(duì)巨核的敏感性必須考慮一系列非線性相關(guān)的過(guò)程,巨核對(duì)降水影響的定量研究是很困難的,目前的研究中還沒(méi)有考慮所有巨核影響參數(shù),對(duì)巨核的影響進(jìn)行定量分析的。

巨核的重要性體現(xiàn)在用人工吸濕性核進(jìn)行播云催化以增加降水的試驗(yàn)中 (例如,Hindman et al.,1977;Cooper et al.,1997)。Saleeby and Cotton(2005)研究分析了科羅拉多地區(qū)冬季CCN和巨核濃度變化對(duì)地形云和降水的影響,發(fā)現(xiàn)高濃度的CCN形成了大量的小的云滴,凇附過(guò)程減少,這與Borys et al.(2000,2003)的觀測(cè)結(jié)果是一致的。地面總降水量減少。當(dāng)CCN濃度較高時(shí),巨核濃度的增加會(huì)提高地面降水;而當(dāng)CCN濃度較低時(shí),巨核濃度的增加使地面降水減少。Cooper et al.(1997)和Yin et al.(2000)的研究對(duì)此也有詳細(xì)的闡述。

在目前已有的較為成熟的中尺度模式 (如MM5V 3)中,云微物理過(guò)程的參數(shù)化方案采用的是總體水方案,可供選擇的云微物理過(guò)程參數(shù)化方案中沒(méi)有涉及氣溶膠—CCN—云 (雨)的過(guò)程,其暖云方案中也沒(méi)有云滴、雨滴數(shù)濃度的預(yù)報(bào)量和尺度的診斷量。房文 (2008)北京地區(qū)飛機(jī)觀測(cè)資料擬合的氣溶膠譜,模擬了北京地區(qū)2005年的4次降水過(guò)程,模擬區(qū)域覆蓋了飛機(jī)探測(cè)試驗(yàn)區(qū)。結(jié)果表明,耦合了新的暖云方案的區(qū)域模式不但能較好地模擬出環(huán)流場(chǎng),同時(shí)對(duì)降水時(shí)空分布的模擬也與觀測(cè)十分吻合。另外,模式模擬的云滴有效半徑也與觀測(cè)值較接近,但對(duì)云水的模擬高于觀測(cè)值。模式的結(jié)果證明了氣溶膠對(duì)云的間接影響。

本文利用耦合了新的暖云微物理參數(shù)化方案的中尺度模式 (Chen and Liu,2004;Fang et al.,2010),模擬了華北地區(qū)2005年6月25～26日的一次弱冷鋒過(guò)程,并以此研究了巨核的引入對(duì)不同背景氣溶膠條件下的暖云降水的影響。

2 新雙參數(shù)暖云方案

Chen and Lamb(1994,1999)發(fā)展了一個(gè)包含詳細(xì)云微物理過(guò)程的分檔氣塊模式,利用Lee(1989,1992)的物理統(tǒng)計(jì)方法統(tǒng)計(jì)分析了分檔氣塊模式的模擬結(jié)果,建立了一個(gè)新的雙參數(shù)的暖云微物理雙參數(shù)化方案 (簡(jiǎn)稱C&L方案)(Chen and Liu,2004)。該方案先假定一個(gè)三模態(tài)的氣溶膠正態(tài)對(duì)數(shù)分布,然后考慮對(duì)流、擴(kuò)散、云滴和雨滴的核化 (非核化)過(guò)程,再由氣溶膠質(zhì)量的預(yù)報(bào)量顯式地計(jì)算出氣溶膠的數(shù)濃度。在這個(gè)參數(shù)化方案中,不需要對(duì)粒子尺度做任何假設(shè),粒子的增長(zhǎng)公式也不必像在總體水方案中對(duì)增長(zhǎng)核函數(shù)要做簡(jiǎn)單化處理。因此,這樣的方案既有詳細(xì)氣塊模式對(duì)水成物描述的準(zhǔn)確性,又具備總體水方案計(jì)算效率高的特點(diǎn)。另外,該方案提供了一套計(jì)算群體落速、水成物沉降、雷達(dá)反射率以及云滴和雨滴的有效半徑的診斷公式,并采用模態(tài)法處理氣溶膠的分布。

C&L方案中以半徑50μm為標(biāo)準(zhǔn)將水成物分為云滴和雨滴兩類。在Chen and Lamb(1994)最早的模式中,所有的粒子,不論能充當(dāng)云凝結(jié)核(CCN)或直接成為雨滴胚的,或是霾和非吸濕性的氣溶膠粒子都用同樣的方法處理。因此,云滴和氣溶膠粒子的差別就不能直接反映出來(lái)。理論上,應(yīng)該用科勒曲線的臨界半徑來(lái)確定云凝結(jié)核(CCN)是否活化為云滴了,但是,一些尺度很大的CCN可能永遠(yuǎn)都不能達(dá)到它的臨界半徑,而只能以“大霾粒子”的形態(tài)存在。在云形成的初始階段,它們通常就已經(jīng)是最大的粒子,可以充當(dāng)雨滴胚(Chen and Lamb,1999)。因此,在新方案中將云滴活化臨界半徑放寬到同時(shí)大于2.5μm和粒子的臨界半徑,還允許一些最大的CCN直接活化為雨滴。在新方案中,少量的雨滴 (C&L方案中稱之為“雨胚”)在氣塊剛達(dá)到飽和就會(huì)即刻形成。而在傳統(tǒng)的總體水方案中,雨滴只能通過(guò)云雨自動(dòng)轉(zhuǎn)化過(guò)程形成。

新的暖云方案中考慮的微物理過(guò)程有:云滴的活化,云雨滴通過(guò)水汽凝結(jié)、碰并和破碎而增長(zhǎng)等過(guò)程,具體有:(1)云滴通過(guò)水汽凝結(jié)的增長(zhǎng)過(guò)程;(2)雨滴通過(guò)水汽凝結(jié)的增長(zhǎng)過(guò)程;(3)云滴之間的碰并過(guò)程;(4)云雨滴的自動(dòng)轉(zhuǎn)化過(guò)程;(5)雨滴碰并云滴過(guò)程;(6)雨滴的碰并過(guò)程;(7)雨滴的碰撞—破碎過(guò)程;(8)雨滴破碎成形成云滴的過(guò)程;(9)云滴的退活化過(guò)程;(10)雨滴蒸發(fā)形成云滴的過(guò)程。

表1 三種背景條件下氣溶膠分布的三模態(tài)參量Table 1 Three aerosol size distribution types for differen t backgrounds

3 模擬試驗(yàn)

3.1 個(gè)例選取和初始場(chǎng)設(shè)置

本文選擇了華北地區(qū)2005年6月25～26日的一次弱冷鋒過(guò)程的個(gè)例資料進(jìn)行了模擬。該弱冷鋒過(guò)程在北京地區(qū)較低對(duì)流層產(chǎn)生了薄的層云和弱的降水。

模式采用的三套網(wǎng)格,采用了帶有平滑—非平滑開關(guān)的單點(diǎn)反饋雙重嵌套方案。模式頂設(shè)在100 hPa,垂直分成24層,在自由大氣中垂直分辨率為500 m左右,在邊界層約50～200 m。模式在第一、二套 (最外層和第二層)網(wǎng)格內(nèi)采用了 Grell(1993)的積云參數(shù)化方案,關(guān)閉淺積云對(duì)流方案。實(shí)時(shí)輻射計(jì)算采用Dudhia(1989)的長(zhǎng)波和短波云方案,診斷計(jì)算用美國(guó)國(guó)家大氣研究中心 (NCAR)氣候模式 (CCM3)的輻射方案。模式采用了美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)測(cè)中心 (NCEP)中期預(yù)報(bào)模式中采用的Hong and Pan(1996)的行星邊界層方案。五層土壤模式用于地面方案,對(duì)氣溶膠和云物質(zhì)也用了水平擴(kuò)散。

模式用1°×1°NCEP格點(diǎn)再分析的資料啟動(dòng)運(yùn)行。

采用新方案對(duì)該過(guò)程降水的模擬,參見Fang et al.(2010)。

3.2 不同氣溶膠背景下的模擬結(jié)果

對(duì)2005年6月25～27日的個(gè)例,我們分別用Whitby(1978)根據(jù)觀測(cè)統(tǒng)計(jì)得出的清潔大陸背景下的氣溶膠分布、平均大陸背景下的氣溶膠分布和城市背景條件下的氣溶膠作為啟動(dòng)云形成發(fā)展過(guò)程,并進(jìn)而發(fā)展成為降水的初始場(chǎng)。三種氣溶膠分布的三模態(tài)參量列于表1中。

圖1為三種氣溶膠分布下的數(shù)值模擬結(jié)果,模擬值是在第二套網(wǎng)格內(nèi)的平均。顯然,氣溶膠濃度越大,產(chǎn)生的云滴粒子在數(shù)濃度 (Nc)和云水質(zhì)量(Qc)上也越多。例如,在云水最大的位置,清潔大陸背景、城市平均和飛機(jī)觀測(cè)值擬合的氣溶膠分布下模擬的云滴數(shù)濃度Nc分別為 100 cm-3、400 cm-3、1200 cm-3。云水混合比也表現(xiàn)了同樣的變化,只是數(shù)量上差別沒(méi)有Nc那么大,其對(duì)應(yīng)最大值分別為0.7 g/kg、0.90 g/kg、1.2 g/kg。隨氣溶膠濃度的增加,云滴濃度增加,含水量增大,但云滴平均半徑減小。從圖1中可以看出,云滴粒子的有效半徑從清潔大陸背景的大于10μm減小到污染的北京地區(qū)的5μm左右。

圖1 (a、d、g)清潔大陸、(b、e、h)平均大陸和 (c、f、i)以機(jī)載云物理探測(cè)值擬合的北京城市背景氣溶膠分布下模擬的云滴性質(zhì):(a-c)云滴數(shù)濃度;(d-f)混合比;(g-i)有效半徑Fig.1 Averaged values of cloud-drop(a-c)number concentration,(d-f)massmixing ratio,and(g-i)effective radius under(a,d,g)clean continental,(b,e,h)average continental,and(c,f,i)urban aerosol conditions

3.3 巨核的引入對(duì)暖云降水影響的模擬試驗(yàn)

在我們以清潔大陸氣溶膠分布啟動(dòng)模式的試驗(yàn)中,云滴數(shù)濃度大多數(shù)高于50 cm-3,而云水含量類似于海洋層積云,這樣我們模擬的云仍在“巨CCN有效”的范圍之內(nèi)。為了考察巨核的作用,我們簡(jiǎn)單地將粗粒子模態(tài)的氣溶膠平均半徑改變到2.812μm,三種模態(tài)的氣溶膠數(shù)濃度都改變?yōu)?.5 cm-3。計(jì)算結(jié)果表明,每升有50個(gè)可以成為雨滴胚的巨核,而用表1中的三種氣溶膠分布計(jì)算的結(jié)果,這樣的巨核每升少于0.5個(gè)。比較含有巨核和沒(méi)有巨核情況下的模擬結(jié)果,在三種氣溶膠分布背景下 (清潔大陸、平均大陸和城市氣溶膠)的模擬結(jié)果展示在圖2中。

為了說(shuō)明巨核的作用,圖2給出的是含有巨核的模擬結(jié)果與沒(méi)有巨核的模擬結(jié)果的比值,是模擬不同氣溶膠分布背景下由于巨核的作用引起的柱積分云和雨特性隨時(shí)間的變化。要說(shuō)明的是,60 h以后的模擬值,實(shí)際上是沒(méi)有太多的意義,因?yàn)榇藭r(shí)云雨幾乎完全消散了。

盡管巨核的數(shù)目比一般的云凝結(jié)核小幾個(gè)量級(jí),但是卻能產(chǎn)生更多的雨滴 (圖2c),并在活化階段消耗更多水汽,這樣降低了空氣的過(guò)飽和度,也減少了較小尺度的氣溶膠活化變成云滴的機(jī)會(huì) (如圖2a所示)。這個(gè)概念已應(yīng)用于暖云催化,在暖云催化中播撒的人工巨核不僅促進(jìn)碰并也減少云滴數(shù)濃度,使活化的 CCN長(zhǎng)得更大 (Cooper et al.,1997;Mather et al.,1997)。Ghan et al.(1998)的研究中也發(fā)現(xiàn),大尺度氣溶膠 (如海鹽)和小尺度氣溶膠 (如硫酸鹽)之間對(duì)水汽的競(jìng)爭(zhēng)可以造成過(guò)飽和度降低和云滴數(shù)減少。

圖2 不同氣溶膠分布背景下柱積分云和雨特性含有巨核的模擬結(jié)果與沒(méi)有巨核的模擬結(jié)果的比值隨時(shí)間的變化:(a)云滴數(shù)濃度;(b)云水混合比;(c)雨滴數(shù)濃度;(d)雨水混合比;(e)地面累積降水;(f)地面累積降雨。短虛線:清潔大陸;實(shí)線:平均大陸;長(zhǎng)虛線:城市氣溶膠分布Fig.2 Ratiosof simulated column integrated cloud and rain properties including giant nuclei to those without giant nuclei for different aerosol backgrounds:(a)Cloud drop number concentration;(b)cloud water mixing ratio;(c)raindrop number concentration;(d)rainwater mixing ratio;(e)accumulative surface precipitation;(f)accumulative surface rainfall.Dashed line:clean continental;solid line:averaged continental;long dashed:urban aerosols

當(dāng)云滴變得較大,云雨自動(dòng)轉(zhuǎn)化和碰并過(guò)程也可能增強(qiáng),就會(huì)進(jìn)一步使云滴數(shù)濃度減少。除這些作用之外,雨胚能通過(guò)碰并過(guò)程使云滴數(shù)濃度減少,但是在云形成后期,由于大多數(shù)巨核已由降雨沖刷落出,這個(gè)作用變得不是十分明顯。在圖2a中,在不同類型氣溶膠條件下模擬出的云滴數(shù)濃度的比值是很接近,盡管它們最初的云滴數(shù)濃度有明顯的差別 (圖1a-c)。城市氣溶膠個(gè)例中,初始云滴數(shù)濃度最高,因而云滴數(shù)濃度減少的絕對(duì)值也是最顯著的。但是,到底是由于飽和度最大值較低引起活化過(guò)程減弱,云滴尺度的變大加強(qiáng)了碰并過(guò)程,還是由于更多的雨胚增強(qiáng)了碰并過(guò)程占主導(dǎo)作用,還不是十分清楚。

巨核對(duì)減少云水作用較小,主要因?yàn)槎鄶?shù)這樣的雨胚很快耗盡,水汽的凝結(jié)過(guò)程再占優(yōu)勢(shì)。但是,我們注意到在模擬到35～45小時(shí)的時(shí)候,云已經(jīng)消散 (見圖1),城市氣溶膠和平均大陸型氣溶膠分布背景條件下模擬結(jié)果出現(xiàn)較多的云水。這可能是因?yàn)榇笤频蔚恼舭l(fā)比小云滴慢,所以這段時(shí)間較多云水保持未蒸發(fā),也可能通過(guò)雨滴蒸發(fā)轉(zhuǎn)化成云滴,使得云水Qc增加,這從圖2b中同一時(shí)段云滴數(shù)濃度略微增加可以得到驗(yàn)證。

巨核直接活化成為雨胚,產(chǎn)生大量雨滴 (圖2c),從而在降水期的較早階段雨胚耗盡之前有較高的雨水含量和降水率。雨滴數(shù)目的增加與氣溶膠類型的關(guān)系不大,因?yàn)樵谌N氣溶膠分布背景下,巨核的數(shù)量設(shè)定為一樣多的。不過(guò)雨滴數(shù)濃度的確存在差異 (見圖2c),這主要是因?yàn)楫?dāng)云滴尺度變大時(shí),云雨自動(dòng)轉(zhuǎn)化過(guò)程更為活躍。例如在模擬的最初5小時(shí)期間,巨核使云滴尺度增大大約1.35倍,使云滴尺度變大;在清潔大陸、平均大陸和城市氣溶膠分布背景下,云滴尺度分別從7μm增加到9.45μm、5μm增加到6.75μm以及從2.5μm增加到3.38μm。按C&L方案,云滴尺度每增加1μm,云雨自動(dòng)轉(zhuǎn)化率在云滴有效半徑re=3μm時(shí),增大80%左右;re=6.5μm時(shí),增大9%左右;re=10μm時(shí),增大15%左右。同時(shí)在城市氣溶膠背景 (平均大陸)個(gè)例中,引起云雨自動(dòng)轉(zhuǎn)化過(guò)程的增強(qiáng) (減弱)。另外,在云水較少的城市氣溶膠的例子中對(duì)碰并過(guò)程的增強(qiáng)更有效,因?yàn)橛懈嘣扑驮频慰晒┡霾ⅰ?/p>

4 結(jié)論

總體看來(lái),對(duì)三類氣溶膠分布,巨核的存在會(huì)略微增加降水 (見圖2d-f)。城市氣溶膠中累積降水量可增加超過(guò)15%,而平均大陸性氣溶膠為5%左右。這個(gè)結(jié)果與 Yin et al.(2000)相似,他們的結(jié)果表明暖云人工催化效果在污染環(huán)境中更顯著。然而,清潔大陸性氣溶膠中云水和云滴都較少,累積降水量增加15%左右,絕對(duì)值達(dá)0.28 mm,比城市背景氣溶膠分布下的例子 (累積降水量也增加15%左右,絕對(duì)值小于0.2 mm)要高,意味著降水對(duì)巨核的敏感性不是簡(jiǎn)單地取決于碰并和云雨自動(dòng)轉(zhuǎn)化過(guò)程的加強(qiáng),也與雨水沉積增長(zhǎng)的加強(qiáng)有關(guān)。這些因素的綜合效果非線性地決定于氣溶膠分布類型,因而無(wú)論氣溶膠濃度高低,巨核引起的降水增加在三種氣溶膠分布背景條件的模擬中都有體現(xiàn),至少在我們模擬的條件下是這樣。

在所有模擬中,雨胚的凝結(jié)增長(zhǎng)率都類似,因?yàn)榧尤氲氖峭瑯拥木藓肆?。然而它們與云滴凝結(jié)增長(zhǎng)過(guò)程競(jìng)爭(zhēng)水汽的能力在CCN數(shù)濃度較低的情況下相對(duì)更強(qiáng)。給定雨滴胚的數(shù)濃度是50 L-1,在云形成初期半徑為15μm,雨水凝結(jié)增長(zhǎng)與云水凝結(jié)增長(zhǎng)之比在城市、平均大陸型和清潔大陸型氣溶膠下分別為5%、10%和40%。因此,雨水凝結(jié)增長(zhǎng)在清潔氣團(tuán)中對(duì)降水的貢獻(xiàn)比在污染氣團(tuán)情況下大得多。此外雨滴增加引起的水汽消耗,能降低最大過(guò)飽和度和云滴濃度,造成云粒子尺度變大,促進(jìn)了云雨自動(dòng)轉(zhuǎn)化過(guò)程。

除增加降水外,巨核也能減輕氣溶膠的間接效應(yīng),因?yàn)樵扑驮频螖?shù)都減少了 (見圖2a、b),而云滴尺度增大了。在城市氣溶膠個(gè)例下云滴數(shù)濃度和云光學(xué)厚度的減少較大,而在清潔大陸性氣溶膠個(gè)例下,巨核對(duì)輻射的影響稍強(qiáng)。因?yàn)檩椛漤憫?yīng)在較薄的光學(xué)厚度的云中更敏感,這就解釋了為什么短波輻射強(qiáng)迫的變化在清潔環(huán)境中較大,此時(shí)反照率能減少達(dá)3%。在17～19 h(接近正午的時(shí)候)城市氣溶膠個(gè)例中,巨核引起反照率減少1%,這減少氣溶膠的間接效應(yīng)15%左右。

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即使價(jià)格促銷給予實(shí)用性利潤(rùn)，重視商品的效用與價(jià)值，那么價(jià)格促銷會(huì)在遠(yuǎn)心理距離前提下的購(gòu)買力發(fā)生良好作用。贈(zèng)送式促銷給予大量的感知性利潤(rùn)，感知性利潤(rùn)會(huì)重視購(gòu)買者，其是會(huì)隨著時(shí)間改變的自我感知。

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The Effect of Giant Cloud Condensation Nuclei on Warm-Cloud Precipitation

FANGWen and ZHENG Guoguang

ChineseAcademyofMeteorologicalSciences,Beijing100081

A warm cloud microphysical parameterization was inco rpo rated into a regionalmodel to study the sensitivity of cloud-radiative properties and precipitation to aerosols.Assuming a tri-modal logno rmal aerosol size distribution,the aerosol numbers are exp licitly calculated from prognostic aerosolmasses,considering advection,diffusion,and cloud and rain drop activation/deactivation processes.Sensitivity experiments of a cold front passing through no rthern China during 25-27 June 2005 with different initial conditions for clean,continental,and urban types of aerosols were then conducted to study the Giant Cloud Condensation Nuclei(GCCN)'s effects.It is found that the presenceof giant nucleienhances the condensation,collection,and cloud-rain auto-conversion process,leading to the decrease of cloud drop numbers and cloud water by 40%and 20%respectively,to the increasesof cloud drop radius by 30%,and increases accumulated precipitation both in polluted and clean environment.

giant nuclei,warm cloud,regionalmodel

1006-9895(2011)05-0938-07

P426

A

房文,鄭國(guó)光.2011.巨核對(duì)暖云降水影響的模擬研究 [J].大氣科學(xué),35(5):938-944. Fang Wen,Zheng Guoguang.2011.The effect of GCCN on warm-cloud precipitation[J].Chinese Journal of A tmospheric Sciences(in Chinese),35(5):938-944.

2010-05-20,2011-05-12收修定稿

國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目2006BAC12B003

房文,女,1969年出生,博士,副研究員,主要從事云降水?dāng)?shù)值模式、氣溶膠對(duì)云和降水的影響及人工影響天氣的研究。E-mail:fangw en@cam s.cma.gov.cn