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热带气旋(TC)对我国影响显著,与以往较多关注TC登陆期间的降水物理过程相比,对其海上活动时段的降水物理过程研究相对较少,对海上时段降水物理过程的研究有助于深入揭示海气相互作用背景下TC本体环流内的降水形成机制。本论文利用WRF模式,对2015年“苏迪罗”发展演变过程开展高分辨率数值模拟,利用模拟结果,结合三维降水诊断方程,研究了“苏迪罗”海上活动时段环流区域内的降水物理过程,以及不同类型降水(对流降水和层云降水)区的物理过程差异,并结合敏感性试验分析,研究了海表温度对海上活动时段降水物理过程的可能影响。主要结论如下: 海上活动时段,QWVA(三维水汽通量辐合/辐散率)是“苏迪罗”环流区域内水汽的主要来源,但QWVE(海面蒸发率)亦有重要贡献;云相关过程变率(QCM)特征与水汽相关过程变率(QWV)相比更为复杂,QCLL(负的液相水凝物局地变率)基本维持正值,液相水凝物持续减少,其消耗主要用于向冰相水凝物转化和地面降水,以及向区域外的辐散,6日04时之前,QCIL(负的冰相水凝物局地变率)的变化主要归因于微物理转化及地面降水,随后,来自环流区域外的辐合也有一定作用;霰融化(Pgmlt)和雨滴碰并云滴(Pracw)是造成雨滴含量增加的主要微物理过程;环流区域内平均的降水效率达96%,QWVA是主要贡献项,而QWVE和QWVL亦有重要贡献,海上时段,充足的降水源和较小的降水汇共同造成高的降水效率,TC环流内深对流活动旺盛,Pgmlt约占Rracw的72%。 对流降水和层云降水区的垂直运动分布差异显著,对流降水区上升运动垂直伸展高度高,大值区主要位于对流层中低层,有利于深对流,层云降水在6km以下基本为下沉,上升运动主要集中在对流层中上层;两类降水区的降水强度(PS)及其相关物理过程明显不同,对流降水区Ps明显大于层云降水区,QWV始终大于Ps,QCM始终为负值,而层云降水区QCM是其Ps的主要贡献项,QWV很小;对流降水区的正值QWVA(三维水汽通量辐合率)明显大于其Ps,强烈水汽辐合和海面蒸发带来的水汽除用于对流云系发展及强降水之外,还持续加湿大气(负值QWVL),层云降水区以水汽辐散为主,大气持续变干;对流降水区,受旺盛上升运动影响,液相水凝物持续且明显辐合(正值QCLA),冰相水凝物也基本为辐合(正值QCIA),伴随旺盛的云物理转化过程,共同造成云系快速发展(负值QCLL和QCIL),而层云降水区,液相水凝物以辐散(负值QCLA)为主,QCLL和QCIL基本为正值;两类降水区水凝物垂直分布以及与雨滴形成相关的微物理转化过程明显不同,对流降水区液相水凝物多于层云降水区,雪粒子则明显少于层云降水区,而两者霰粒子和云冰含量相当;对流降水区中,Pracw和Pgmlt是雨滴主要微物理来源,而层云降水区Pracw显著小,雨滴下落蒸发(Em)为两者共同的主要消耗项。 由于“苏迪罗”活动引起的冷海水上翻等过程影响,CTL试验(海表温度随时间变化)和SNC试验(海表温度固定不变)的海表温度(SST)存在明显差异,SNC试验平均SST高于CTL试验,且随着模拟进程,差距逐渐加大;两试验海上时段“苏迪罗”模拟路径差异不大,但SNC试验模拟强度较CTL试验偏强,SST对TC强度模拟的影响较为显著;TC环流区域内,两试验垂直速度差值在对流层基本为正(SNC试验上升运动更强,尤其是对流层中上层),随着SST差值不断增大,垂直运动差值也不断加大;两试验不同的SST状况对环流区域内的降水产生较明显影响,SNC试验降水系统发展较CTL试验偏强(Ps大于CTL试验),但Ps差值随SST差值增大并非线性变化,体现了Ps变化的复杂性;SNC试验的QWVA均基本大于CTL试验(后期差别更大),SST的不同可通过影响垂直运动,造成QWVA的差异,进而影响Ps,两试验分析时段内,环流区域大气均持续变干(正值QWVL),并存在较明显海面蒸发,对Ps为持续正贡献,QWVL差异不明显,但SNC试验的QWVE总体上强于CTL试验(尤其是分析时段中后期),海气相互作用影响下,CTL试验中环流区域平均SST低,海面蒸发较SNC试验弱;两试验间云相关过程变率差异的时间变化复杂,但最大差异量级与QWVE和QWVL相当;伴随两试验SST差异的逐渐增大,水凝物含量差异也逐渐增大,但线性变化特征不明显,体现出SST对云系演变影响的复杂性,液相水凝物中,雨滴差异较大,与液相水凝物相比,冰相水凝物差异更为突出,尤其是较大的冰相粒子(雪和霰),CTL试验相对更低的SST环境对水凝物的发展和深对流活动产生一定影响;SNC试验中,零度层下更多的霰粒子和雨滴,在更强上升运动配合下,有助于Pracw和Pgmlt微物理过程的发生与加强,进而造成更强降水;环流区域时间和空间平均的降水宏、微观物理过程对比分析揭示,CTL试验和SNC试验降水物理过程定性上基本相似,但定量上存在明显不同,CTL试验Ps与SNC试验相比,降幅达8%,这种差异主要源于降水宏、微观物理过程的差异,SST的不同对TC环流区域内海面蒸发强度的影响更为显著。