典型积层混合云形成机理的观测和模拟研究

利用贵州省气象观测网，收集了2005～2006年5～9月较大范围的积层混合云降水过程共48次。通过初步分析观测资料（尤其是雷达资料），发现积层混合云系主要有两种生成途径：（1）积云跨接并合后扩大层化形成；（2）层云受到地形或不稳定能量扰动，生成嵌入对流云，层云积化生成。但是这两种云的形成机理并不清楚。因此本项目拟通过观测和数值模拟相结合的方法，分析两种典型积层混合云形成机理。通过对观测资料的分析，揭示两种积层混合云形成过程的主要特征及基本规律。通过中尺度数值模式WRF对典型个例开展模拟，详细分析积层混合云的两种形成过程，并通过对不同物理量场的诊断分析，揭示两种积层混合云内部结构和形成过程的差异，建立两种概念模型。

积层混合云是我国的主要降水云系，也是人工影响天气的主要作业对象，具有重要的研究意义。本项目利用观测资料和数值模拟展开研究，得到以下主要结论。1积层混合云有两种主要形成过程：积云并合、扩展，并进一步发展后形成大范围云系，将其称为积云并合扩展层化型积层混合云；层状云系的内部生成若干个强度较大的嵌入对流云，将其称为层云积化型积层混合云。2积云并合扩展层化型积层混合云的形成经历了三个阶段：小对流单体并合形成大的对流云；较大的对流云并合形成对流云团；对流云团并合形成大范围的积层混合云系。云系形成之后，其附近会不断有对流云生成，并在移动过程中并合进入云系，补充云系发展维系所需的含水量和能量。3分析了云并合的初始位置和机制。从中下部开始的并合，发生在发展阶段的云之间；从中上部开始的并合，发生在比较成熟的对流云团之间。两种并合机制截然不同，主要取决于云体的上升倾向或倾斜倾向中哪一个起主导作用。4详细分析了并合过程中云体物理特征的变化。在并合过程中，层结曲线变化都表现为并合过程中不稳定能量释放，由并合前不稳定层结转为并合后较稳定层结。物理特征都发生了明显改变，在刚发生并合和完全并合前后对流中心的最大降水量增幅最为剧烈；最大和平均上升气流速度普遍减小，云体所在区域的平均降水量总体多呈增加的趋势。5层云积化型积层混合云内的嵌入对流有两种常见的生成方式：对流云直接在层状云系中嵌入；先在低层生成孤立对流，然后在发展过程中嵌入到上层层状云系。6对流云直接在层状云系中生成的混合云，其嵌入对流分布常呈现出有规律性的分布特征,如阶梯式不均匀的嵌入对流群和平行式分布的嵌入对流群。阶梯式不均匀的嵌入对流群, 其降水量的大小也呈阶梯式分布特征, 即最上层的嵌入对流由于发展越高, 冷云和暖云微物理过程越活跃, 则降水量越大, 然后由上而下降水量呈阶梯式减少. 对于平行分布的嵌入对流群, 其降水量由南向北, 逐渐减小, 降水量的大小与云体内云水含量的大小密切相关。7先在低层生成对流，然后在发展过程中嵌入到上层云系的混合云，在孤立对流形成发展初期，上升气流速度、含水量、不稳定能量等都会增加，随着对流云嵌入到层状云中并降水，相关物理量先增大后减弱。