1. 研究目的与意义及国内外研究现状

积云降水对地球的水分平衡具有重要意义，全球有75%的雨水来自积状云，许多中小尺度灾害性天气，如暴雨、雷暴、冰雹等都与积云的发生发展有关。所以，提高对云中一些关键微物理参数和过程的认识，是提高积云降水预报能力的关键环节。另外，积云是在大尺度环流强迫和控制下发生的，通过感热、潜热和动量输送等反馈作用影响大尺度环流，积云参数化问题不仅是数值预报模式设计中的重点（屠妮妮等，2011），也是目前模式降水方案研究中的重点（黄海波等，2011）。数值模拟作为目前研究积云发生发展及其内部结构、微物理变化等最有效的手段之一，提高对云中一些关键微物理参数和过程的认识，是提高云数值模式能力的关键环节。所以，本文拟根据一次积云的飞机观测资料，分析积云中各个微物理量特征及其演变规律，以加深对积云微物理特征的认识，为未来积云观测和数值预报模式中积云参数化等相关问题提供一些参考。

国内外研究现状

根据近年来国内外众多云微物理特征的相关研究可知，积状云是大气对流运动的产物，又称对流云。包括淡积云、浓积云和积雨云，它们是孤立、分散而又垂直发展的云体。中纬度地区暖季除积雨云外多为水云，0℃层以上为过冷云滴，当云发展到积雨云时，云顶部会产生冰晶，冰晶长大后会降落到云中过冷水层，云中部由冰、水二相组成，但0℃层以下仍为液水区。但高纬度地区因为温度低，即使是淡积云也有可能是混态云或冰云（杨军等，2010）。积云作为我国主要的降水云系，不仅是人工影响天气主要的研究对象之一，在天气气候和环境方面也起着重要作用（hans and james，1998；hanna，2000；wood，2012；merrouchi，2014）。积云中，降水过程有两种：一是水汽在中层凝结成云水和冰晶，冰晶转化为雪，雪在转化为霰，霰融化再产生雨水；二是云水直接转化为雨水以及过冷雨水上升冻结产生霰，霰融化再形成雨水（陈小敏等，2007）。积云中，淡积云云滴比较小，算术平均半径为5μm，云滴谱呈非对称单峰型；浓积云云滴相对淡积云较大，云滴谱在云底为单峰型，随着云内空气上升，云滴谱会经历一个拓宽的过程，中部出现双峰和多峰型。积雨云云滴谱最宽，谱型多为双峰和多峰型。刘贵华等（2009）的研究表明，大陆性积云云底云滴有效半径较小，云滴有效半径尺度在5-15μm之间；近海地区积云，底层的云滴有效半径较大，为12μm，碰并作用较强，晶化增长起始温度为-15—20℃；海洋上空积云云底的云滴有效半径最大，为22μm。大陆性积云和海洋性积云云滴谱都随高度变宽，峰值半径加大，峰值浓度减小，只是在云顶附近谱又变窄，并存在双峰结构，大陆性积云两个峰值半径为 4μm和10μm，海洋性积云两个峰值半径为4和15μm。在上升气流速度和含水量较大的地方，云滴谱也宽（肖辉等，1988）。

淡积云已被证明在气候变化辐射冷却研究方面具有最大的不确定性（liu et al.，2014），云系内降水形成的过程和云的辐射效应都与云微物理参数有关。云滴大小对降水形成具有最直接的影响，云滴下落速度和碰并速率很大程度上都取决于云滴大小，而在一定含水量下，云滴半径主要取决于云滴浓度（wood，2012），液态含水量的变化直接关系到云粒子浓度的大小（merrouchi，2014）。云系内云滴浓度大小主要取决于云凝结核的有效性，受气溶胶空间分布的差异性，云系内云滴数浓度也具有很大的空间变异性。已有观测表明，云下积累模式的气溶胶和云滴数浓度变化有很好的一致性，从大陆近岸到离岸1500公里都有所降低（bretherton et al.，2010；twohy et al.，2013）。气溶胶作为云凝结核，可同时影响云滴数浓度和大小，污染区中的云和薄云有更高的液滴数浓度和相对较小的云滴半径（twohy et al.，2013）。液滴浓度的大小对上升气流的强度、垂直速度的大小也很敏感（wood，2012），随着垂直速度的增加，液滴浓度也会有所增加（khain et al.，2012；lu，2012）。不同环境中形成的中层混合相云，由于不同的动力条件、热力条件和大气成分，所形成的云微物理结构会有所不同，如海洋性层积云和积云与大陆性层积云和积云、浅层对流云和深层对流云的微物理结构就存在差异，干净的环境中相对于污染区形成的云系中，云滴浓度低，初始液滴谱也较宽（wonaschuetz

et al.，2013）。

2. 研究的基本内容

云微物理观测是认识云微物理过程，改进云微物理参数化方案的重要途径。

尽管最近几年观测技术与云数值模拟及应用研究有了长足的发展，对一些云降水形成的宏微观过程的基本认识有了显著提高，但对云结构及降水形成的一些关键物理过程及形成的机理的认识仍然十分不足。

另外，我们目前对云的认识，很大程度上还处于定型化认识状态，比如目前获取云中粒子相态分布的相关技术仍处于不成熟状态，所以准确的定量化对云进行描述仍然十分缺乏。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

1、2016年2月1日至3月1日：在导师的指导下，分析积云飞机观测资料，根据资料绘制各微物理量时间变化曲线，并分析各个微物理量之间的相互关系。

2、2016年3月1日至4月1日：根据国内外积云微物理特征及相关研究进展，提取第一阶段中有效信息，确定毕业论文的重点研究内容，并完成毕业论文的提纲。

3、2016年4月1日至4月2日：以已有的研究结果为基础，根据第一、第二阶段中已完成的内容，完成毕业论文初稿。

4. 参考文献

bretherton, c. s., wood, r., george, r. c., leon, d., allen, g., and zheng, x. 2010. southeast pacific stratocumulus clouds, precipitation and boundary layer structure sampled along 20 s during vocals-rex[j]. atmos. chem. phys., 10: 10639-10654.

hans r., pruppacher, james d. klett and pao k. wang. 1988. microphysics of clouds and precipitation [j]. aerosol science and technology, 28(4): 381-382.

hanna p., j. l. brenguierb, frederic burnet. 2000. micphysical properties of stratocumulus clouds [j]. atmospheric research , 55(1): 15-33.