云微物理研究获突破 新机理与参数化方案提升气象模式精度

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转自：【中国气象报】 http://epaper.zgqxb.com.cn/index.html?guid=1940924704697090050

本报讯 记者 于桐 通讯员 陆春松 报道  近日，南京信息工程大学、中国气象局兰州干旱气象研究所和清华大学等科研团队联合攻关，利用云的观测资料，结合理论研究和高分辨率数值模拟，深入开展云微物理过程及其参数化的基础研究，成功提出云滴谱形状和云微物理过程相互作用的新机理，优化云与环境夹卷蒸发等过程的参数化方案，显著提升天气与气候模式对云降水的模拟能力，为气象业务发展提供科学支撑。

政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告指出，云是导致气候预测不确定性大的重要原因。云微物理过程是形成云的关键，深入理解云微物理过程，并开发新的参数化方案，是国际前沿的热点和难点问题，也是天气与气候模式发展的瓶颈，更是开展防灾减灾和应对气候变化的紧迫需求。

在这样的背景下，研究团队创新构建云滴谱拓宽的新模型。具体而言，研究团队揭示云滴谱拓宽过程中不同云微物理过程之间既有相互竞争又有相互促进的新机理，提出适用于宽谱的夹卷蒸发理论，为改进云微物理参数化方案奠定基础；利用高分辨率飞机观测资料和云模式，设计截断的伽玛分布，重新考量定义实际云滴尺度的上下限，增加云滴谱第一档强度等多个新物理量，阐明云滴谱形状对云微物理过程的影响机理。

在理论成果的基础上，研究团队从物理建模和人工智能两个角度出发，成功开发云微物理过程的参数化方案，深入开展云微物理参数化（夹卷蒸发、云滴谱形状等）的应用研究。研究团队发展和改进的多个云微物理过程参数化方案已植入西南区域数值天气预报模式、美国天气研究和预报模式等天气模式，以及美国地球系统模式、清华大学公共集成地球系统模式等气候模式。

目前，该成果已经实现业务化应用，新方案有效提高模式对云降水等的模拟性能，尤其是减小铁路建设沿线降水的均方根误差，为铁路建设沿线的天气保障工作提供支撑。未来，新方案可植入其他天气和气候模式，提升模式对云降水相关过程的模拟能力。

此外，研究团队还开发了虚拟仿真实验课程，并在国家虚拟仿真实验教学课程共享平台和国家高等教育智慧教育平台向社会各界开放共享，目前已有2400人完成该实验课程。该成果支撑部分学校课程建设，为气象科普进校园作贡献。