冰核对华北平原地区积云发展的影响

利用包括双参数化微物理方案的云分辨的WRF模式（简称CR-WRF），对2014年8月24日发生在华北平原地区的一次积云过程进行了数值模拟。CR-WRF模式比较全面地考虑了气溶胶粒子的活化过程，对不同气溶胶的不同核化方案进行了参数化，包括云凝结核（CCN）的核化、冰核（IN）的均质和异质核化等，令其浓度分为HCCN，MCCN和LCCN三个等级，分别对应数密度为 9000 cm^?3，900 cm^?3和90 cm^?3的情况下，考虑黑碳气溶胶（BC）作为IN，将其数浓度从2 cm^?3增加至 2000 cm^?3，并且在CCN浓度不变的情况下，通过改变BC的浓度探讨积云微物理过程对IN的响应。模拟结果表明：在LCCN条件下，BC浓度很低的时候冰晶数浓度大于HCCN情况下的冰晶浓度。随着BC浓度的不断增加，冰晶粒子数浓度在HCCN条件下迅速增长，并超过了LCCN和MCCN情况下的冰晶数浓度。这是由于LCCN条件下，BC浓度较低时云内过饱和水汽含量高于HCCN情况下的含量，从而形成了较多的冰晶粒子；而随着BC浓度的不断增加，在HCCN条件下的上升气流逐渐大于LCCN条件下的上升气流，因此在HCCN条件下的冰晶得以迅速增长。随着BC浓度的增长，云滴数浓度没有明显的变化；而云滴有效半径呈现出随BC浓度的增长而减小的趋势。这是由于BC对云滴粒子的形成没有较大贡献，随着BC的增加云内上升气流增强，导致云滴粒子有效半径减小。此外，对流中心上升速度随BC浓度的增长而增长；与此同时，下沉速度在LCCN情况下随BC浓度的增长而增长，在HCCN和MCCN情况下则随BC浓度的增长而减小。由此得出以下结论：在LCCN条件下由于云滴粒子的核化过程较低，因此对冰晶的异质核化过程提供了足够的水汽，使得在BC浓度很低的情况下冰晶数浓度大于HCCN和MCCN的条件。由于相变过程会不断地释放潜热，使云内对流中心上升气流增大，下沉气流减弱，并产生更多粒径较小的云滴粒子，从而起到抑制降水发生的作用。

Impact of ice nuclei on the development of cumulus clouds over North China Plain