南方不同类型冰冻天气的大气层结和云物理特征研究

利用观测资料和CAMS中尺度云分辨模式,对南方3次不同类型冻雨天气过程进行模拟,重点研究了冰冻天气中冻雨区云系宏、微观结构及大气层结特征,初步分析了冻雨形成的云物理机制。结果表明:(1)逆温层的存在是冻雨发生的必要条件,低层湿度较大的逆温常与冻雨天气有关。3次冻雨过程的冻雨区都存在逆温层,其中第一、二次过程属于锋面逆温,而第三次过程属于平流逆温。可见,逆温层结有利于冻雨的发生,但逆温层的存在仅是形成冻雨的条件之一。冻雨的发生还与水汽(湿度)、风向风速、地面特征有关。低层有水汽输入到冻雨区、地面温度等于或低于0℃,有利于冻雨形成和过冷雨水的冻结。(2)冻雨的形成需要满足3个主要条件:在对流层中高层存在冻结层,冻结层下要有暖层和逆温层,近地层有一个温度<0℃的冷却层,并且低层的冷却层相对湿度较高。中高层冻结层主要产生冰相降水粒子,中层的暖层可以确保上层降落下来的固态降水粒子(雪或霰)融化成雨滴或在融化层中直接产生液态降水。这样,雨滴下降到低空冷却层后会逐渐变成过冷雨滴,当过冷却雨滴接触到<0℃的地面或者其他物体表面时,迅速冻结形成冻雨。(3)不同冻雨区上空存在2种不同类型的云,对应云中有2种明显不同的温度层结:混合相云中的"冷-暖-冷"层结和水云中的"暖-冷"层结。具有2种不同层结特征的不同冻雨区云系,对应2种不同的微物理结构,具有2种不同的冻雨形成的云物理机制。(4)同一类型天气系统中的冻雨区,可以存在不同的温度层结、云的微物理结构和冻雨形成的机制;不同类型天气系统也可以存在特征相同的冻雨区,即冻雨形成的温度层结、云的微物理结构和冻雨形成的物理机制都相同。