飛機積冰的直接氣象因子――過冷云水的中尺度數(shù)值模擬和預報

1、飛機積冰的直接氣象因子過冷云水的中尺度數(shù)值模擬和預報王鵬云阮征北京100081 驗HUAMEX海峽兩岸及臨近地區(qū)暴雨試用5-D可視化系統(tǒng)觀察分析云中各種相態(tài)水成物和流場給出了造成飛機積冰的直接氣象因子云中過冷水的空間分布和隨時間演變及其與水汽冰晶雪垂直氣流的相互關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可用于對飛機積冰的直接氣象因子云中過冷水量的模擬和直接預報飛機積冰中尺度數(shù)值預報引言夏季在具有充沛水汽和強對流的云中冰晶雪等主要在0-15還有大量液相的云滴即過冷云水存在過冷水滴碰到飛機表面會立即凍結較長時間飛行在過冷云水區(qū)的飛機由于機面積冰可能改變飛機機翼的表面形態(tài)乃至流

2、體動力學性質1-3 ÉõÖÁÓÚÔì³É·É»úʧÊÂÖйú±©ÓêÊÔÑéÑо¿G1998040907國家自然科學基金項目49735180次飛行事故調查結果表明ColeandSand,1991因而對飛機積冰的預報是飛行安全氣象保障的一項重要內容主要考慮

3、的氣象因子包括溫度和相對濕度 -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報飛機積冰提供了新途徑福建完成的 取得的加密觀測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程提供了條件IOP用5-D可視化系統(tǒng)觀察分析云中各種相態(tài)水成物和流場從而得到在諸多因子作用下形成的過冷云水的分布和變化二這次過程由強冷空氣南下而產生24日08時到達武夷山到北部灣沿

7、岸一線在珠江口以西和沿海形成對流云團23日下午到夜間四會新會珠海站的日雨量分別達236.3161.6202.3毫米模式及試驗方案中尺度模式為美國PSU/NCAR非靜力平衡中尺度數(shù)值模式MM58再引入實際地面及高空觀測資料對初估場進行訂正 規(guī)定等壓面和特性層側邊界用時變出入流方案在HUAMEX試驗的加強觀測期間清遠楊江四站一天有四次探空本個例模擬中暫未加入這可能影響到初值和側邊界值中尺度信息的引入最外層格距45公里61水平格點數(shù)61最內層格距5公里73E N E N E N地形資料分別用精度為經緯度30HUAMEXÊÔÑéÆÚ¼

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

9、 NµÄµØ±íÖ²±»·Ö²¼·´ÕÕÂʱȷøÉäÂÊÓëÃÀ¹úNCA RÖ²±»×ÊÁϱȽÏ對所有三層網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公里的中網格用Kain格距5公里的細網格僅用顯式方案Reisner霰方案中將水汽雨水雪 其中對云冰霰還考慮了其數(shù)濃度變化包括 非均勻凍結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成霰雨水碰并雪凍結成霰雪的凝華增長和融化云水相互碰并成雨水圖1模擬結果每小時輸出一次熱力場的相互配置預報與實況比較24小時降水量預報 模式預報的24小時降水量與實況比較但位置略偏西158毫米5公里細網格模擬不但較好地預報了最大降水量更細致的多中心中尺度結構Array二造成珠江口以西地區(qū)的降水云團24日08

11、時以后南移入海降水中心范圍四Array個站南海中山與之相比較因而模擬降水時間趨勢與實況基本吻合四站實測降水和模擬最大降水中心的逐時變化均反映出這次降水集中在很短時段云頂高度香港多卜勒雷達觀測的云頂高度在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通過上述比較模擬降水較好地反映了這次暴雨實況例如202mm在降水時段上模擬比實況提前但初值和側邊界值資料較粗而加密觀測資料尚未同化進去有關五維持和消散過冷云水是指在負溫度區(qū)的液態(tài)云水當環(huán)境溫度高于-20相當部分的云水不會自然凍 結而維持在過冷的液態(tài)冰晶霰過冷水滴才被冰粒子碰併凍結水相表面飽和水汽壓差而導致的貝杰龍過程而蒸發(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動畫圖顯示冰相雪過冷水減少在沒有冰相的部位則沒有雨水雨水區(qū)隨著冰相和過冷水的的移動而移動與之相應的是上面冰與過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有由模式輸出的過冷水三維格點資料Array即飛機可能積冰區(qū)如圖2a給出的1998.5.24.00h在450hPa等壓面上的分布Array即飛機可能積冰的航段如圖2b給出的1998.5.24.00h過冷水的垂直剖面分布還可給出某場站上方過冷水的隨時間的變化情況格點坐標19的時間-高度剖面

13、小結用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年一次加強觀測 的華南暴雨個例中云物理過程熱力場的三維空間分布和隨時間的演變與水汽 冰相 冰晶 霰 雪 垂直氣流的相互關系 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 可用于對飛機 積冰的直接氣象因子云中過冷水量的模擬和直接預報 當對流較強 產生冰相 冰晶 霰 雪 后 由于冰粒子與過冷水間的碰併以及貝杰 龍過程會減少過冷水 當對流較弱因而只有液相云水而無冰相加入時 過冷云水容易維持 參考文獻 ，： ， ，： ， ，： ， ，： ， ， ， ，： ， ，： ： ， ，： ， （）， ， 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 模擬中的應用試驗，應用氣象學報 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.