04micros南信工云降水课件

1、第四章 云的微物理特征 1.云滴谱 Cloud drops with dust and pollution inside. 1.1.1 1.1.1 云滴谱云滴谱 小滴较少，中等尺度滴较多，大滴较少，且在大滴 方向有长尾巴。 1.1.1 1.1.1 云滴谱云滴谱 Khrgian-Mazin分布 已知峰值np及峰值半径rp： 2 ( ) Br dN n rAr e dr 2 2/ 7.4/ p pp Br Anr 1.1.2 1.1.2 云滴谱特征量云滴谱特征量 数密度 平均半径 含水量 1 0 !/ nBrn r edrnB 3 0 2 ( ) A Nn r dr B 0 13 ( ) m rr

2、n r dr NB 3 6 0 4 ( )502.65 3 ww A Wrn r dr B 1.1.2 1.1.2 云滴谱特征量云滴谱特征量 能见距离（假定水的无量纲散射效率因子为2） 雷达反射率因子 实际观测到的谱分布多采用纯数学拟合，可将 Khrgian-Mazin分布曲线转化为线性关系进行 5 4.30.026 m w rB L WA 6 9 0 8! (2 )( )64Zrn r drA B 1.1.2 1.1.2 云滴谱特征量云滴谱特征量 23 003 22 2 00 ( )( ) ( )( ) e r r n r drr n r dr r r n r drr n r dr 3 2

3、( , ) ( , ) e r n r z drdz r r n r z drdz 3 2 4 ( , ) 3 ( , ) l ce Wr n r z drdz r Qr n r z drdz 3 2 e lc W r 2. 云的微物理特征 云滴谱特征量云滴谱特征量 2.1 2.1 云内相态云内相态 洁净海洋性积云 大陆性积云 Cloud Temperature Droplets? Above 0 (32 F) Liquid Water -10 to 0 (12- 32 F) Supercooled Water -40 to -10 (-4- 14 F) Supercooled Water a

4、nd Ice Crystals Coexist (mixed clouds) Below -40 (-4 F) Mainly Ice Crystals (glaciated clouds) 2.1 2.1 云内相态云内相态 中低纬地区暖季的淡积云和浓积云，温度都比 较高。云由水滴组成，0度线以上为过冷云滴。 当云发展为积雨云时，顶部冰晶化。冰晶长大 后降落到下面过冷水层中，使云的中部由冰、 水二相组成。当然0度线以下，仍是液水区。 高纬地区因为温度低，冰相出现的机率增大， 即使淡积云也可以由冰晶组成。 2.1 2.1 云内相态云内相态- -积云积云 层云和层积云因为高度较低，因此温度较高， 一

5、般多为暖云，云体由水滴组成，也有上部存 在过冷水滴的情形，但高纬冬季也可以出现冰 晶。 As、Ns往往上部由冰晶、中部由过冷水和冰 晶、下部由非过冷水组成；卷层云（Cs）都 由冰晶组成。 2.1 2.1 云内相态云内相态- -层云层云 2.2 2.2 云滴大小云滴大小 2.2 2.2 云滴大小云滴大小 粒粒 子子 半径半径(m) 数浓度数浓度(l-1) 下落末速度下落末速度(cm/s) CCN 0.1 106 0.0001 典型云滴典型云滴 10 106 1 大云滴大云滴 50 103 27 云雨滴分界线云雨滴分界线 100 70 典型雨滴典型雨滴 1000 1 650 Adv. in Geo

6、phys.5, 244 (1958) 2.3 2.3 云的胶性稳定性云的胶性稳定性 2.3 2.3 云的胶性稳定性云的胶性稳定性 大陆性积云和海洋性积云的差异：大陆性积云 稳定，不易降水，因为大陆上空凝结核多，形 成的云滴谱窄，大粒子少。 胶性稳定和胶性不稳定 随高度增加，云滴谱展宽，多峰出现，云体胶 性不稳定度增强 2.3 2.3 云的胶性稳定性云的胶性稳定性 大陆地区淡积云中云滴浓度多为200-600个/ 立方厘米，海洋地区的云滴浓度比大陆地区低 一个数量级，约为数十个。 浓积云和积雨云中云粒子浓度比淡积云中的要 小。 层状云云滴浓度约为101102cm-3。 2.3 2.3 云的胶性稳定

7、性云的胶性稳定性 2.4 2.4 云滴谱差异云滴谱差异 2.4 2.4 云滴谱差异云滴谱差异- -积云积云 淡积云中云滴比较小，滴谱曲线为非对称单峰型 算术平均半径约5微米，最大滴半径约25微米，峰位 于半径为78微米处。 浓积云云底处的谱仍较窄，与淡积云的差不多； 中部和上部云滴要大一些；在云底为单峰型，中 部出现双峰和多峰型。 例如衡山在该部位测得的最大滴半径为37微米。 积雨云中云滴谱更宽，谱型则频繁出现双峰和多 峰型。 衡山曾测得云底和中部最大滴半径分别为30和65微米 2.4 2.4 云滴谱差异云滴谱差异- -积云发展不同阶段积云发展不同阶段 中国科学院大气所于1960年在 南岳观测

8、到的淡积云、浓积云、 积雨云的滴谱资料。 由图可以看出，随着积云对流 加强，滴谱变宽峰值直径加大。 积云中不同半径滴 对含水量的页献 2.4 2.4 云滴谱差异云滴谱差异- -积云中不同部位的滴谱分布积云中不同部位的滴谱分布 自云底往上，云滴 谱分布变宽，数密 度减小，峰值浓度 减小。 滴谱随高度的变化 是和含水量随高度 的变化互相配合的。 2.4 2.4 云滴谱差异云滴谱差异- -层云层云 2.4 2.4 云滴谱差异云滴谱差异- -层云层云 2.4 2.4 云滴谱差异云滴谱差异- -层云中不同高度层云中不同高度 2.4 2.4 云滴谱差异云滴谱差异- -层云云滴谱随天气演变层云云滴谱随天气演变 习题习题1 1 按下表估算云的含水量、谱宽、峰值直径，并草 绘谱分布曲线。 半径半径 (m) 数浓渡数浓渡 (cm-3) 半径半径 (m) 数浓渡数浓渡 (cm-3) 3-54813-1582 5-716615-1725 7-924217-198 9-1123019-215 11-13160 习题习题2 2 对于单分散系（粒子尺度一致）气溶胶粒子， 由于聚并作用造