مطالعه موردی تاثیر هواویزها بر ویژگی‌های ابر و بارش در شرایط رطوبت نسبی متفاوت

نوع مقاله : مقاله تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

1 مؤسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران

2 موسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران

چکیده

چگونگی تأثیر هواویزها بر خردفیزیک ابر و بارش با استفاده از طرح‌واره دومؤلفه‌ای خردفیزیک ابر تامپسون در مدل WRF برای یک سامانه همرفتی در آوریل ۲۰۱۹ در شمال ایران بررسی شده ‌‌است. داده‌های مربوط به هواویزها از مدل جهانیGOCART استخراج شده ‌‌است. سه آزمایش عددی انجام شده ‌‌است. در اجرای کنترلی، غلظت هواویزهای استخراج شده بدون هیچ تغییری در مدل WRF استفاده شده است. در اجرای آلوده، تعداد هواویزهای آب‌دوست در نقاط شبکه‌ای که هواویز وجود دارد، پنج برابر افزایش یافته است. در آزمایش آلوده-مرطوب، تعداد هواویزها مشابه آزمایش آلوده است، ولی در نقاطی از شبکه که رطوبت نسبی بین 0 تا 90 درصد است، به میزان 10 درصد افزایش یافته است، درحالی‌که در نقاطی از شبکه که رطوبت نسبی آن بین 90 تا 100 درصد است، به 100 درصد تغییر داده شده است. بیشترین مقادیر بلور یخ در آزمایش آلوده-مرطوب شبیه‌سازی شد. با افزایش رطوبت نسبی و تعداد هواویزها، هسته‌زایی بیشتر قطرک‌های ابر صورت می‌گیرد و در نتیجه گرمای نهان میعان بیشتری آزاد می‌شود که موجب افزایش رشد قائم ابر و افزایش هسته‌زایی یخ و بنابراین تولید بیشتر بلورهای یخ می‌شود. ارتفاع پایه ابر با افزایش تعداد هواویزهای آب‌دوست افزایش می‌یابد، اما ارتفاع پایه ابر در شبیه‌سازی آلوده-مرطوب نسبت به دو شبیه‌سازی دیگر پایین‌تر است که دلیل آن چگالش بیشتر بخار آب روی ذرات هواویز و آزاد شدن گرمای نهان و در نتیجه تقویت همرفت است. در آزمایش آلوده نسبت به کنترلی، بارش تجمعی میانگین‌گیری‌ شده در کل حوزه شبیه‌سازی کاهش می‌یابد که به‌دلیل کاهش اندازه قطرک‌های ابر و برخوردهای غیرمؤثر آنها و متعاقباً تعویق شروع بارش گرم است. در آزمایش آلوده-مرطوب، افزایش بارش تجمعی رخ می‌دهد زیرا در جو مرطوب بخار آب به اندازه کافی برای میعان روی ذرات هواویز وجود دارد و موجب تشکیل قطرک‌های بزرگ‌تر ابر می‌شود؛ پس برخوردهای موثر قطرک‌های ابر موجب افزایش بارش می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A case study of the impact of aerosols on properties of clouds and precipitation under different relative humidity

نویسندگان [English]

  • Atena Mostafavi 1
  • omid Alizadeh 1
  • Samaneh Sabetghadam 2
1 Institute of Geophysics, University of Tehran
2 Institute of Geophysics, University of Tehran
چکیده [English]

Aerosols can act as cloud condensation nuclei in inhomogeneous nucleation, causing formation of cloud droplets. Thus, changes in the concentration of aerosols can affect cloud microphysics and precipitation through changing the number and concentration of cloud droplets. Using the two-moment Thompson cloud microphysics for two nested domains in the Weather and Research Forecasting (WRF) model, the impacts of aerosols on cloud microphysics and precipitation are investigated for a convective system in northern Iran on 17-23 April 2019, in which the first 24 hours are considered as spin-up of the model. Aerosols are obtained from the Goddard Chemistry Aerosol Radiation and Transport (GOCART) model and used in the WRF model. Mass mixing ratios of sulfate, dust, black carbon (BC), organic carbon (OC), and sea salt, although black carbon is ignored in the cloud condensation nuclei (CCN) activation. Dust aerosols larger than 0.5 μm in diameter are accumulated into the ice-nucleating mode, while all other aerosol types mentioned above are combined into the cloud-droplet-nucleating mode. Three numerical experiments have been conducted. In the control experiment, the extracted aerosols from the GOCART model are used in the WRF model. In the polluted experiment, the number of hygroscopic aerosols in all model grid points that contain aerosols is increased by a factor of five. The third experiment is similar to the second experiment in terms of the number of hygroscopic aerosols. However, relative humidity is increased by 10 percent in all grid points with relative humidity between 0 and 90 percent, and is changed to 100 percent in all grid points with relative humidity higher than 90 percent. This experiment is referred to as the polluted-humid experiment. Maximum number of ice crystals is found in the polluted-humid experiment. The increase of relative humidity in the polluted-humid experiment also leads to formation of more cloud droplets; and thus more release of latent heat of condensation, which results in higher cloud tops and formation of more ice crystals. The lifted condensation level (LCL) is also shifted to lower heights in the polluted-humid experiment. In the polluted experiment, the accumulated precipitation in the innermost domain is decreased, which can be due to a decrease in the size of cloud droplets, associated with which is less collision of cloud droplets, which results in a delay in warm precipitation. Nevertheless, a higher relative humidity in the polluted-humid experiment and associated larger cloud droplets are accompanied with a higher accumulated precipitation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • aerosol
  • Precipitation
  • Cloud microphysics
  • WRF Model