J2云微物理特征-相態(tài)與暖云微特征

1、J2 云微物理特征云微物理特征金蓮姬云微物理特征包括云微物理特征包括: 云中水凝物的云中水凝物的 相態(tài)相態(tài) 形狀形狀 尺度尺度 數(shù)濃度數(shù)濃度 譜密度譜密度 質(zhì)量密度質(zhì)量密度 落速等落速等J2 目錄目錄 J2.1 相態(tài)相態(tài) J2.2 暖云微物理特征暖云微物理特征 J2.3 冷云微物理特征冷云微物理特征Clouds can be all liquid water, all ice or mixed-phase.J2.1 相態(tài)相態(tài)vfor clouds formed in an environment warmer than 0水凝物通常可以被假定為全部是液態(tài)，可以忽略偶水凝物通?？梢员患俣槿渴?/p>

2、液態(tài)，可以忽略偶爾出現(xiàn)了部分融化的固態(tài)水粒子。爾出現(xiàn)了部分融化的固態(tài)水粒子。就大體而言，云霧粒子的相態(tài)與溫度的關(guān)系如下表就大體而言，云霧粒子的相態(tài)與溫度的關(guān)系如下表v 具體的觀測(cè)結(jié)果表明，凍結(jié)溫度并非固定為具體的觀測(cè)結(jié)果表明，凍結(jié)溫度并非固定為 -10For clouds formed in an environment colder than 0210The average frequency curve in the chart can be fitted by the following empirical equationNote: do not contain iceNote: va

3、ry in different locations 溫度水云頻率關(guān)系的應(yīng)用：溫度水云頻率關(guān)系的應(yīng)用：有助于全球環(huán)流模式確定云的相態(tài)有助于全球環(huán)流模式確定云的相態(tài)不同氣溶膠環(huán)境條件下，積云頂溫度與云內(nèi)含冰不同氣溶膠環(huán)境條件下，積云頂溫度與云內(nèi)含冰頻率的關(guān)系不同頻率的關(guān)系不同J2 目錄目錄 J2.1 相態(tài)相態(tài) J2.2 暖云微物理特征暖云微物理特征 J2.3 冷云微物理特征冷云微物理特征暖云微物理特征暖云微物理特征含水量相似的無降水云，譜寬和云滴數(shù)濃度可以有很大差別，例含水量相似的無降水云，譜寬和云滴數(shù)濃度可以有很大差別，例如下圖如下圖（1）云滴平均直徑大的）云滴平均直徑大的往往數(shù)濃度也小；往往數(shù)

4、濃度也??；（2）云滴平均直徑大的）云滴平均直徑大的譜寬也大；譜寬也大；（3）大陸性積云相比）大陸性積云相比海洋性積云，譜較窄，海洋性積云，譜較窄，數(shù)濃度較大數(shù)濃度較大把以上觀測(cè)結(jié)果中的直徑和把以上觀測(cè)結(jié)果中的直徑和數(shù)濃度為坐標(biāo)點(diǎn)到到圖中，數(shù)濃度為坐標(biāo)點(diǎn)到到圖中，擬合出冪函數(shù)關(guān)系。擬合出冪函數(shù)關(guān)系。為何要關(guān)注云滴譜？譜寬窄譜和寬譜出現(xiàn)降水的為何要關(guān)注云滴譜？譜寬窄譜和寬譜出現(xiàn)降水的可能性不同，所以降水預(yù)報(bào)不能僅僅依賴含水量，可能性不同，所以降水預(yù)報(bào)不能僅僅依賴含水量，還要依賴云滴譜。還要依賴云滴譜。不同云型中的云滴譜差異較大同一云型的不同發(fā)展階段及不同高度的云滴譜也有差異為何出現(xiàn)寬窄以及數(shù)濃度完

5、全不同的云滴譜分布，即便是含為何出現(xiàn)寬窄以及數(shù)濃度完全不同的云滴譜分布，即便是含水量相似云？這與理化過程和動(dòng)力環(huán)境有關(guān)。例如，水量相似云？這與理化過程和動(dòng)力環(huán)境有關(guān)。例如，CCN。這些過程有時(shí)使得云滴譜分布很復(fù)雜。例如，云滴譜多峰型這些過程有時(shí)使得云滴譜分布很復(fù)雜。例如，云滴譜多峰型云滴尺度譜的數(shù)學(xué)表達(dá)云滴尺度譜的數(shù)學(xué)表達(dá) （1）KM（Khrgian-Mazin)分布分布 （2）對(duì)數(shù)正態(tài)分布）對(duì)數(shù)正態(tài)分布)exp()(BDADDn2lnln21exp2)(maDDNDn雨滴尺度譜雨滴尺度譜雨滴的變形和相當(dāng)尺度雨滴的變形和相當(dāng)尺度 下圖是懸浮在垂直風(fēng)洞里的雨滴照片，和自然狀況不同之下圖是懸浮在垂

6、直風(fēng)洞里的雨滴照片，和自然狀況不同之處是沒有湍流?？闯鲇甑尾⒎乔蛐翁幨菦]有湍流?？闯鲇甑尾⒎乔蛐斡谑嵌x相當(dāng)尺度：與變形的滴具有相同體積的球形滴的尺度。于是定義相當(dāng)尺度：與變形的滴具有相同體積的球形滴的尺度。 云滴通常不需要考慮變形問題，而雨滴需要。云滴通常不需要考慮變形問題，而雨滴需要。 若分別用若分別用v 和和h 表示雨滴垂直和水平方向的軸長(zhǎng)，通常定表示雨滴垂直和水平方向的軸長(zhǎng)，通常定義軸比義軸比 ，用來表示雨滴的變形程度。，用來表示雨滴的變形程度。 近年來人們對(duì)軸比的研究比較活躍，主要是降水近年來人們對(duì)軸比的研究比較活躍，主要是降水?dāng)?shù)值模擬和雷達(dá)反演降水率的需要。數(shù)值模擬和雷達(dá)反演降水率

7、的需要。 研究方法主要有風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)、理論計(jì)算、野外觀測(cè)研究方法主要有風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)、理論計(jì)算、野外觀測(cè)方法方法hv 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)是研究下落水滴形狀和落速的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)是研究下落水滴形狀和落速的方法之一。方法之一。 Chowdhury等（等（2016）的研究結(jié)果表）的研究結(jié)果表明，明，the fall distance values of approximately 6m and 12m can be used as conservative reference values for rainfall experiments with oscillation free fall of drops and wit

8、h equilibrium-shaped drops falling at terminal velocities , respectively, for the entire raindrop size spectrum in natural rainfall. These required fall distance values are smaller than the distances discussed in the literature調(diào)整形狀形狀穩(wěn)定加速下落勻速下落現(xiàn)代意義的對(duì)水滴形狀的理解開始于現(xiàn)代意義的對(duì)水滴形狀的理解開始于1968年，是在年，是在wind tunnel i

9、n the UCLA Cloud Physics實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)室完成的，的，using water drops suspended in the vertical air stream of the lowturbulence Laboratory（Pruppacher and Beard ，1970)，所得軸比，所得軸比 此結(jié)果與早期的研究結(jié)果的差別較大，如下圖此結(jié)果與早期的研究結(jié)果的差別較大，如下圖 理論計(jì)算研究下落水滴形狀是利用表面張力和內(nèi)理論計(jì)算研究下落水滴形狀是利用表面張力和內(nèi)外各流體壓力的平衡進(jìn)行的。外各流體壓力的平衡進(jìn)行的。Beard and Chung，1987底部拱起是擾動(dòng)模

10、式的計(jì)算結(jié)果理論計(jì)算和數(shù)值模擬結(jié)果的比理論計(jì)算和數(shù)值模擬結(jié)果的比較較1999水平電場(chǎng)對(duì)軸比的影響風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果表面張力減小對(duì)軸比的影響 自然界的雨滴不會(huì)是純水，所以需要考慮表面張力減小對(duì)軸比的影響，表面張力減小會(huì)加大水滴的變形程度。 2D-Video Disdrometer (2DVD) in this observation is a first generation version in which two video cameras are enclosed in a large box.Indonesia20062007一場(chǎng)室外觀測(cè)結(jié)果一場(chǎng)室外觀測(cè)結(jié)果stratiform (S), mixed stratiform (M), deep (D) and shallow (SH) convective. The frequencyof occurrence is contoured on a log(number) color scale. The mean, 1(error bars) of the data are also given. 雨滴尺度譜中著名的是雨滴尺度譜中著名的是MP(Marshall and Palmer)分布分布)exp()(