不同微物理方案对台风“彩虹”(2015)降水影响的比较研究

本文以GFS资料为初始场,利用WRF(v3.6.1)模式对2015年第22号台风"彩虹"进行了数值研究。采用CMA(中国气象局)台风最佳路径、MTSAT卫星、自动站降水为观测资料,对比了4个微物理方案(Lin、WSM6、GCE和Morrison)对"彩虹"台风路径、强度、结构、降水的模拟性能。模拟发现上述4个云微物理方案都能较好地模拟出"彩虹"台风西行登陆过程,但是其模拟的台风强度、结构及降水存在较大差异;就水成物而言,除GCE方案对雨水的模拟偏高以外,其他方案对云水、雨水过程的模拟较为接近,其差异主要存在于云冰、雪、霰粒子的模拟上。本文对比分析了WSM6和Morrison两个方案模拟的云微物理过程,发现WSM6方案模拟的雪和霰粒子融化过程显著强于Morrison方案,但是冰相粒子间转化过程的强度明显弱于Morrison方案。云微物理过程的热量收支分析表明:WSM6方案模拟的眼区潜热更强,暖心结构更为显著,台风中心气压更低。细致的云微物理转化分析表明,此次台风降水的主要云微物理过程是水汽凝结成云水和凝华为云冰;生成的云水一方面被雨水收集碰并直接转化为雨水,另一方面先被雪粒子碰并收集转化为霰,然后霰粒子融化成雨水;而生成的云冰则通过碰并增长转化为雪。小部分雪粒子通过碰并收集过冷水滴并淞附增长为霰粒子,随后融化为雨水,大部分雪粒子则直接融化形成地面降水。

GPM资料在分析“彩虹”台风降水垂直结构中的应用

全球降水测量计划GPM(Global Precipitation Measurement)是新一代全球卫星降水产品,其核心观测平台搭载的微波扫描辐射仪增加的高频通道可以探测小雨和雪,双频降水雷达将Ku波段和Ka波段数据结合,可获取更多云与降水粒子信息。为探测台风降水的云雨结构,利用GPM的1C-GMI产品和2A-DPR产品,分析了2015年10月初的1522号台风"彩虹"的降水分布、垂直结构、雨顶高度、层云和对流云降水的结构,并与地基雷达的观测进行对比。结果表明:双频雷达的Ku波段擅长探测降水和零度层亮带,Ka波段探测云顶小粒子的效果更佳。台风在成熟阶段近地面降水率集中在20mm/h以下,部分在20~60mm/h,最大值达到88.68mm/h;雨顶高度集中在5~10km,最大高度超过15km。层云降水的面积在台风中所占比例达到63.4%,但单位面积平均降水率比对流降水低37%。双频降雨雷达DPR((Dual-frequency Precipitation Radar)和地基S波段雷达探测"彩虹"台风的结果十分相近,证明了DPR数据质量的可靠性。