雲微物理過程對超級單體龍捲形成和發展的影響研究

《雲微物理過程對超級單體龍捲形成和發展的影響研究》是依託南京大學，由陳寶君擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：雲微物理過程對超級單體龍捲形成和發展的影響研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳寶君
• 依託單位：南京大學

項目摘要

我國是世界上受龍捲影響較為嚴重的國家，對我國龍捲的形成機制和物理過程目前還不是很了解。本項目以我國江淮流域的龍捲超級單體為研究對象，利用觀測資料統計分析龍捲超級單體發生的環境條件和雷達回波結構及徑向速度的演變特徵。利用高解析度的數值模式研究雲中的微物理過程及其對風暴熱力和動力過程的反饋作用；調查風暴的結構和演變、降水及冷池的強度和結構對不同微物理方案、雲物理參數和微物理過程的敏感性，確定對龍捲形成和發展有重要影響的雲物理參數和微物理過程，探討雲微物理變化對龍捲的影響機制。本項目研究將進一步加深對超級單體龍捲形成機制的理解，為提高龍捲預報準確率和人工抑制龍捲提供科學參考。

結題摘要

本項目力圖通過觀測資料分析和數值模擬，對我國江淮流域超級單體龍捲的產生條件和形成機制開展研究，重點調查雲微物理過程對龍捲形成和發展的影響與機制，加深對暖濕氣候背景下龍捲形成機制的理解。 我們基於NCEP再分析資料研究了我國近十年龍捲的時空分布和產生環境，初步建立起一個適用於中國的龍捲潛勢預報通用指標，顯著提高了對龍捲預測的命中率，為我國龍捲業務預警提供了重要參考。 利用ARPS模式並使用模式提取探空，首次對我國超級單體龍捲過程開展了甚高解析度的數值模擬，明確風暴後側下沉氣流區對龍捲形成和發展的重要性，確定出支配冷池發展的重要雲微物理過程，發現在江淮流域對冷池貢獻最重要的微物理過程是雨水蒸發和霰/雹融化。 考慮到雨滴蒸發/冰雹融化過程和譜分布特性有關，基於LFO83單參微物理方案我們調查了雨滴譜和冰雹譜的截距變化對冷池和龍捲的影響，發現雨滴譜和冰雹譜擁有大截距（即粒子多而小）時可造成更多蒸發和融化致冷，從而不利於龍捲的形成和發展；反之，雨滴譜和冰雹譜的截距較小（即粒子少而大）時蒸發和融化弱，導致地面弱冷池因而有利於龍捲的形成和發展。冰雹密度變化也會影響龍捲的形成和發展，在高密度冰雹環境下龍捲更容易發展。利用MY05多參微物理方案調查了微物理參數化方案和雨滴譜形狀因子變化對冷池和龍捲的影響，發現譜形參數會影響龍捲的發展，但其影響程度沒有截距參數顯著。通過與美國大平原的龍捲對比，我們發現江淮流域龍捲對雲微物理過程具有更強的敏感性，並且粒子譜截距大小是決定龍捲能否發展的關鍵因子，因此在數值天氣預報模式中能否正確預報降水粒子的濃度和大小對準確預報龍捲至關重要。 通過改變初始雲滴數濃度，我們又調查了氣溶膠變化對龍捲的可能影響，發現在相同的大氣條件下雲滴濃度增加更有利於龍捲發展，這意味著氣溶膠對江淮流域的龍捲可能有促進作用，建議在龍捲業務預報中考慮氣溶膠的影響。 受本項目資助共發表學術論文8篇（其中SCI論文5篇），培養出1名博士和3名碩士，申請國家發明專利1項，取得計算機軟體著作權1項，項目負責人榮獲江蘇省科學技術獎一等獎1項。