垂直发展湍流云中雾滴生长的拉格朗日轨迹直接仿真

我们开发了一种新型的显式云微物理模型，基于直接数值仿真 (DNS) 采用拉格朗日粒子轨迹跟踪。该模型采用垂直拉伸的准一维计算域，从地面延伸至云顶，以显式捕捉云的垂直结构。这使我们能够模拟所有温云微物理过程，包括激发、凝结生长、碰撞-凝聚生长以及沉降。将均匀各向同性湍流场纳入该计算域，以显式解析湍流风场涡动。进行带无湍流风场和有湍流风场的云微物理仿真，以阐明湍流对雾滴生长的影响。我们获得了关于高度和时间依赖微物理统计的新见解，这些见解无法通过用于立方盒域周期边界的常规 DNS 研究获得。比较结果表明，湍流促进了雾滴的碰撞-凝聚生长。在早期发展阶段（有上升气流时），湍流促进了云中中间层相似尺寸雾滴之间的碰撞（自生物转化）。在后期阶段，由自生物转化产生的相对较大雾滴在中间和下层主动收集较小雾滴（凝聚）。带湍流的情况下，降雨在地面发生得更早，且第一次降落的雨滴比无湍流情况更大。