表面风对多视角雪花相机测量的数值模拟与北极观测
大气与海洋物理
2020-07-22 v1
摘要
地面冻结降水的测量深受表面风与仪器防护罩几何结构相互作用的影响。多视角雪花相机（MASC）从三个不同角度拍摄自由下落的降水粒子，同时测量其下落速度，已在中纬度和极地多处野外地点使用，有无风屏蔽均有。本文展示了无屏蔽 MASC 周围气流及相应粒子轨迹的计算流体动力学（CFD）模拟结果，并将这些结果与有和没有 Belfort 双 Alter 防护罩的北极野外观测进行比较。无风屏蔽的模拟显示仪器上游侧出现流动分离，在孔径正上方存在向上的速度分量，在风速为 5 m/s（10 m/s）时使平均粒子下落速度降低 55%（74%）。MASC 测量的下落速度仅当风轻（<5 m/s）且 MASC 有屏蔽时，才与 Ka 波段大气辐射测量（ARM）天顶雷达（KAZR）平均多普勒速度吻合良好。与 KAZR 测量速度不匹配的 MASC 测量下落速度往往低于一个阈值，该阈值随风速近似线性增加但一般 <0.5 m/s。对于风速 <1.5 m/s 的那些事件，降水粒子以偏离水平面 12 度的取向角模态下落，且大而低密度的聚合体被观测到的概率高达五倍。我们得出结论：准确的 MASC 对雪粒子微物理、取向和下落速度特征的观测，需要使用双防风栅栏屏蔽并将分析限制在风轻（<5 m/s）的事件中。降水粒子通常不静止空气中下落，因此这些属性分布在自然湍流中的修正仍有待确定。
引用
@article{arxiv.2007.10957,
title = {Numerical simulations and Arctic observations of surface wind effects on Multi-Angle Snowflake Camera measurements},
author = {Kyle E. Fitch and Chaoxun Hang and Ahmad Talaei and Timothy J. Garrett},
journal= {arXiv preprint arXiv:2007.10957},
year = {2020}
}
备注
26 pages including 15 figures and 3 tables