مطالعه موردی تاثیر هواویزها بر ویژگی‌های ابر و بارش در شرایط رطوبت نسبی متفاوت

چگونگی تاثیر هواویزها بر خردفیزیک ابر و بارش با استفاده از طرح‌واره دومولفه‌ای خردفیزیک ابر تامپسون در مدل wrf برای یک سامانه همرفتی در آوریل 2019 در شمال ایران بررسی شده است. داده‌های مربوط به هواویزها از مدل جهانیgocart  استخراج و سه آزمایش عددی انجام شده است. در اجرای کنترلی، از غلظت هواویزهای استخراج‌شده بی هیچ تغییری در مدل wrf استفاده شده است. در اجرای آلوده، تعداد هواویزهای آب‌دوست در نقاط شبکه‌ای که هواویز وجود دارد، پنج برابر افزایش یافته است. در آزمایش آلوده - مرطوب، تعداد هواویزها مشابه آزمایش آلوده است، ولی در نقاطی از شبکه که رطوبت نسبی بین 0 تا 90 درصد است، این تعداد به میزان 10 درصد افزایش یافته و در نقاطی از شبکه که رطوبت نسبی آن بین 90 تا 100 درصد است، به 100 درصد رسیده است. بیشترین مقادیر بلور یخ در آزمایش آلوده - مرطوب شبیه‌سازی شد. با افزایش رطوبت نسبی و تعداد هواویزها، هسته‌زایی بیشتر قطرک‌های ابر صورت می‌گیرد و درنتیجه، گرمای نهان میعان بیشتری آزاد می‌شود که موجب افزایش رشد قائم ابر و افزایش هسته‌زایی یخ و بنابراین تولید بیشتر بلورهای یخ می‌شود. ارتفاع پایه ابر با افزایش تعداد هواویزهای آب‌دوست افزایش می‌یابد، اما ارتفاع پایه ابر در شبیه‌سازی آلوده - مرطوب نسبت به دو شبیه‌سازی دیگر پایین‌تر است که دلیل آن، میعان بیشتر بخار آب روی ذرات هواویز و آزاد شدن گرمای نهان و در نتیجه، تقویت همرفت است. در آزمایش آلوده نسبت به اجرای کنترلی، بارش تجمعی میانگین‌گیری‌شده در کل حوزه شبیهسازی کاهش می‌یابد که به‌دلیل کاهش اندازه قطرک‌های ابر و برخوردهای غیرموثر آنها است که تعویق شروع بارش گرم را درپی‌دارد. در آزمایش آلوده مرطوب، افزایش بارش تجمعی رخ می‌دهد؛ زیرا در جوّ مرطوب بخار آب به اندازه کافی برای میعان روی ذرات هواویز وجود دارد و موجب تشکیل قطرک‌های بزرگ‌تر ابر می‌شود؛ بنابراین برخوردهای موثر قطرک‌های ابر موجب افزایش بارش می‌شود.

a case study of the impact of aerosols on properties of clouds and precipitation under different relative humidity

aerosols can act as cloud condensation nuclei in inhomogeneous nucleation. thus, changes in the concentration of aerosols can affect cloud microphysics and precipitation by changing the number and concentration of cloud droplets. using the twomoment thompson cloud microphysics for two nested domains in the weather and research forecasting (wrf) model, the impacts of aerosols on cloud microphysics and precipitation are investigated for a convective system in northern iran on 1723 april 2019, in which the first 24 hours are considered as spinup of the model. aerosols are obtained from the goddard chemistry aerosol radiation and transport (gocart) model and used in the wrf model. mass mixing ratios are of sulfate, dust, black carbon, organic carbon, and sea salt, although black carbon is ignored in the cloud condensation nuclei activation. dust aerosols larger than 0.5 μm in diameter are accumulated into the icenucleating mode, while all other aerosol types mentioned above are combined into the clouddropletnucleating mode. three numerical experiments have been conducted. in the control experiment, the extracted aerosols from the gocart model are used in the wrf model. in the polluted experiment, the number of hygroscopic aerosols in all model grid points that contain aerosols is increased by a factor of five. the third experiment is similar to the second experiment in terms of the number of hygroscopic aerosols. however, relative humidity is increased by 10 percent in all grid points with relative humidity between 0 and 90 percent. it is changed to 100 percent in all grid points with relative humidity higher than 90 percent. this experiment is referred to as the pollutedhumid experiment. the maximum number of ice crystals is found in the pollutedhumid experiment. the increase of relative humidity in the pollutedhumid experiment also leads to the formation of more cloud droplets, and thus more release of latent heat of condensation, which results in higher cloud tops and the formation of more ice crystals. the lifted condensation level (lcl) is also shifted to lower heights in the pollutedhumid experiment. in the polluted experiment, the accumulated precipitation in the innermost domain is decreased, which can be due to a decrease in the size of cloud droplets, associated with which is less collision of cloud droplets, which results in a delay in warm precipitation. nevertheless, higher relative humidity in the pollutedhumid experiment and associated larger cloud droplets are accompanied by higher accumulated precipitation.