Development of a triple-moment ice-phase cloud microphysics scheme and its application to the Single Column Atmosphere Model

• DOI: 10.1360/tb-2022-0697
• Publication Date: 2022-12-21T07:14:26Z
• Authors: Xin He; Chunsong Lu; Xiangjun Shi; Wentao Zhang; Lei Zhu; Xiaoqi Xu; Junjun Li; Dan Li
• Keywords: 01 natural sciences; 0105 earth and related environmental sciences

云微物理的参数化对天气及气候的准确模拟至关重要，其中云粒子谱分布特征通过改变云演化发展和云辐射效应，必然进一步影响气候模拟。目前广泛使用的双参数云微物理方案，无法预报云粒子谱分布的谱形参数，阻碍了气候模式对云物理过程的准确描述。鉴于此，本文在单柱大气模式SCAM5.3（Single Column Atmosphere Model，Version 5.3）中增加雷达反射率因子的预报方程，构建了三参数冰相云微物理方案，实现了冰晶粒子谱分布谱形参数的预报。利用该模式，模拟了大气辐射观测计划1997年夏季为期29天的个例（ARM97），分析了双、三参数方案对云量和辐射的模拟差异。结果表明，首先，三参数方案预报的冰晶粒子谱的谱形参数主要集中在0到4范围内，峰值在2左右，至少有85%的μ都大于默认的0。其次，与双参数方案相比，三参数方案对云量的模拟更接近观测；利用辐射通量密度的观测值进行评估，发现不管是短波还是长波辐射通量密度，三参数方案的误差都比双参数方案小。最后，揭示了三参数方案对云量和辐射模拟效果的改进机理：主要是因为三参数方案减弱了冰晶到雪的自动转化过程，增强了冰晶凝华增长过程，从而增大了冰晶浓度和冰云云量。本文构建的三参数冰相云微物理方案，将有利于增强模式对云-气候反馈等过程的模拟能力。