已有的研究表明:由于对沙尘暴的一些相关微物理机制认识还不十分成熟,加之沙尘与降水同时发生的情况较少,迄今在沙尘模式中考虑湿沉降过程的还不是很多。一些沙尘模式考虑了湿沉降,但参数化处理比较简单,或其物理合理性需要进一步完善。 本文在调研国内外固体气溶胶湿清除理论研究成果的基础上,从反映物理机制和实际可应用性两方面出发,考虑“集成沙尘模式系统”自身特点,设计了一个沙尘湿沉降参数化方案。该方案考虑模式模拟网格尺度降水的云中及云下拖曳清除作用,区别降雨和降雪的清除作用;计算降雪造成的湿沉降时,考虑温度的直接影响;假设自由对流高度为云底高度,考虑模式模拟次网格尺度降雨的云下拖曳清除作用。至此,完成了湿沉降参数化方案的设计工作。 本文使用国家气象中心建成的实时运行的“集成沙尘模式系统”,针对该系统的特点和未考虑湿沉降过程的性质,设计了上述湿沉降参数化方案,并将其引入“集成沙尘模式系统”。本文通过修改“集成沙尘模式系统”的天气模式主程序、显式水汽方案和对流参数化方案主程序,来计算并提供降水强度数据。通过修改沙尘输送模式主程序,来计算湿沉降的影响,并输出湿沉降速度。至此,完成了湿沉降参数化方案向模式的引入工作。 由于伴有降水的沙尘过程有限,本文选取2003年4月16～18日以及2004年3月1～3日影响我国的两次伴有降水的沙尘天气过程实例,用本文设计的湿沉降参数化方案,通过数值模拟试验来检验湿沉降参数化方案设计及引入过程的正确性,分析湿沉降对沙尘浓度模拟的影响,分析湿沉降对降雨清除系数简化方案选取的敏感性等。三组数值模拟试验为:考虑湿沉降过程的湿沉降试验;不考虑湿沉降影响的原始试验;使用不同降雨清除系数简化方案计算降雨清除的敏感性试验。分析对比模拟试验结果显示:本文对湿沉降参数化方案的设计以及向模式中引入的过程正确;降水拖曳的湿沉降作用对沙尘浓度分布有明显影响,主要使模拟沙尘浓度减小,这从地面到对流层低层都有表现;在降水区,沙尘的湿沉降与干沉降的量级基本相当;在降水量较小的条件下,湿沉降对降雨清除系数简化方案的选取不很敏感等。由于本文的工作是基于实时的业务试验模式实现的湿沉降参数化方案,因此,本方案在业务模式的改进方面有着较好的应用前景。