湍流混合与卷入的云微物理效应

通过直接数值模拟研究云边界处的湍流混合与卷入，该模拟将湍流速度场与水汽场的 Eulerian 描述与可通过凝结和蒸发分别生长和缩小的云水滴 Lagrangian 系综相耦合。重点关注欠饱和空气卷入期间液滴系综弛豫过程的详细分析，特别是对湍流时间尺度、液滴数密度、初始液滴半径和粒子惯性的依赖关系。我们发现，基于整个模拟域的液滴数密度和初始液滴半径的相弛豫时间能最好地捕捉卷入过程中的液滴演化。即使在有利于均匀混合的条件下，液滴位置处的过饱和度概率密度函数最初也表现出强烈的负偏态，这与云边界附近的液滴突然混合入干空气中一致，但随后迅速趋于更窄的对称形状。初始为完美单分散的液滴尺寸分布变宽，并略呈负偏态。粒子惯性与重力沉降导致更快的初始蒸发，但最终仅使液滴尺寸分布的两尾略有耗损。在所研究的参数范围内，混合过程对 Reynolds 数的依赖性保持较弱，这很可能是由于当考虑基于全局数密度的相弛豫时间时，无法完全进入非均匀混合状态。