Page 79 - 《高原气象》2023年第1期
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1 期                   邹迪可等：青藏高原雷暴云底部次正电荷区与暖云区厚度的关系                                          75
               的输送， 所以 WCD越薄， 0 ℃层以上的液水和过冷                       MLgr 数值最大， 也就是说雨滴通过重力碰并收集
               水越少， 大值区所在高度越低。                                   云水和霰融化形成雨水这两个微物理转换过程是
                   改变 0 ℃层高度时的情况与改变地面温度的情                        雨水的主要源项。从图 5 可见， 改变地面温度组和
               况相似， 随着 0 ℃层的降低， WCD变薄的同时上升                       改变 0 ℃层高度组， 虽然 WCD 越薄， 对暖云降水
               气流略有增加， 对暖云降水的抑制更明显， 向上输                          的抑制越强， 但由于对流更强， 向云内输送暖湿空
               送的水汽更多， 导致 0 ℃层以上出现更多的液水和                         气的能力更强， 整体的 CLcr 更大。由于对流更强，
               总水， 但可能由碰并过程更频繁， 液滴长得更大，                          向 0 ℃层以上输送的水汽更多， 更利于冰相粒子的
               液滴不断消耗， 供冰粒子成长， 所以最大液水含量                          成长， 所以 MLgr 量级也更大。改变地面露点温度
               和总水含量值更大， 但所在高度相对更低。                              组， WCD 越厚， 越利于暖云降水， 且 WCD 越厚，
                   由以上的分析可知， 三组试验中 WCD 的改变                       对流越强， 两者共同作用导致了整个云中 CLcr 和
               都影响了云水含量的分布。增加地面温度和降低                             MLgr 的量也更大。所以， CLcr 和 MLgr 的大小主
               0 ℃层高度， 都使 WCD 变薄， 抑制暖云降水过程，                      要取决于对流强度， 而不是WCD。
               向 0 ℃层以上输送更多的水汽， 这些水汽可以通过                             对 比 了 霰 粒 子 的 源 项 VDvg、  CLcg、  CLrg、
               相变的潜热释放， 使对流加强。而增加地面露点温                           CLig、 CNig 和 CNsg 后发现， CLcg 的量级比其他源
               度， 可以增加上升气块中的水汽含量， 使 WCD 变                        项数值上大两个量级， 因此 CLcg是霰的主要源项。
               厚， 有利于暖云过程， 但由于其有更多的水汽， 所                         由图 6 可见， 改变地面温度和改变 0 ℃层高度时，
               以， 可以向上输送的水汽也不会少， 且潜热释放也                          CLcg 的效率都随 WCD 的减小而增大； 改变地面露
               可以使对流进一步加强。综合所有算例来看， 总体                           点温度时， CLcg 随 WCD 增大而增大， 总体上， 依
               上， 上升气流速度越大， 最大总比含水量和液水含                          然体现出， CLcg和对流强度呈正相关。量级上， 改
                                                                 变地面温度时 CLcg 的效率最高， 可能和气流上升
               量越高， 这表明上升气流速度的大小对于水汽的输
               送和水凝物粒子的形成起着非常重要的作用。                              速度较大、 雷暴对流强度较强有关。
                                                                     综上， 雨滴和霰粒的主要源项与对流强度呈明
               5  暖云区厚度对降水粒子源汇的影响                                显正相关， 且对流越强， CLcr 的峰值出现越早， 基

                                                                 本和上升气流的峰值时间相吻合， MLgr和 CLcg 的
                   三维雷暴云动力—电耦合数值模式中考虑了 7
                                                                 峰值出现时间越迟， 这是由于对流越强， 雷暴持续
               种水物质的七大类微物理过程， 即凝结（华）（VD）、
                                                                 时间越长导致的。薄的 WCD 对暖云降水过程的抑
               碰并（CL）、 核化（NU）、 繁生（P）、 融化（ML）、 融化
                                                                 制作用不及强的上升速度对暖云降水过程的增强
               蒸发（MVD）和自动转换（CN）过程。代表各类过程
                                                                 作用。
               符号的第 1 个小写字母表示消耗项， 第 2 个小写字
               母表示生成项或作用项， 如有第 3 个小写字母， 也                        6  暖云区厚度对冰粒子含量及带电
               表示生成项， 下标 v、 c、 r、 i、 s、 g 和 h 分别对应水                  的影响
               汽、 云水、 雨水、 冰晶、 雪、 霰和雹。降水粒子有雨
                                                                     由于改变 0 ℃层高度组对雷暴气流上升速度改
               滴、 霰、 冰雹， 这些粒子的源项见表4。
                                                                 变较小， 可以更好地分析 WCD 对雷暴云冰粒子生
                   模拟发现雨滴的源项中， CLcr、 MLgr、 CNcr比
                                                                 成的影响， 因此仅选取了改变 0 ℃层高度组的 4 个
               其余源项在数值上大一到两个数量级， 且 CLcr 和
                                                                 算例来讨论不同 WCD 对应的冰粒子（霰粒子和冰
                 表4  雨滴、 霰及冰雹的源项的表示符号及其物理意义
                                                                 晶粒子）特征。由图 7可知， 四个算例之间， 冰晶在
               Table 4  Representation symbols and physical significance
                                                                 2~3 km处有一个次峰值， 表现为， WCD越薄， 含量
                     of sources of the raindrop， graupel and hail
                                                                 越大的特征， 冰晶主峰值在约 7 km 高度， WCD 越
                符号         物理意义           符号      物理意义
                                                                 薄， 值越小。霰的分布特征和冰晶类似， 这主要因
                CLcr  雨滴通过重力碰并收集云水        CLcg    霰撞冻云水
                                                                 为 WCD 越薄， 向上输送的云滴尺寸越小， 数量越
                CNcr   云水自动转化为雨水          CLrg    霰撞冻雨水
                                                                 多， 冰晶在较低高度的数浓度越高， 过多地消耗过
                MLir    冰晶融化形成雨水          CLig    霰撞冻冰晶
                                                                 冷水， 不仅使低层的霰增加， 也使上层的冰晶粒子
                MLsr     雪融化形成雨水          CNig  冰晶自动转化为霰         减少， 进而霰也减少。
               MLgr      霰融化形成雨水          CNsg  雪花自动转化为霰             由图 8、 9 可知， 冰晶主要在 2. 0~5. 5 km 带负
               MLhr      雹融化形成雨水          VDvg   霰的凝华过程          电， 在 5. 5~9. 5 km 带正电， 相应地霰粒子在 2. 0~
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