第四章 分析與討論
4.2 冰核濃度增加對雲和降水的影響在不同冰成核參數化方案之間的差異 17
增長並大量消耗雲滴的區域位於 500～700hPa。採用 Meyers et al. (1992)診斷式的 三組實驗之間，有比較明顯的雪粒子凝華增長作用增強以及淞化增長減弱的現象。
Cooper (1986)診斷式由於依賴溫度，修改的 Huffman (1973)診斷式由於診斷值較 小，在此處異質核化生成的冰晶較少，因此模擬出的雪粒子凝華增長和淞化增長 Huffman (1973)方案時，兩個實驗濃度雖相差 10 倍，但冰晶異質核化的診斷值差 別很小。這是造成三種方案將冰核濃度從 1L-1提高至 10L-1，遠不如將冰核濃度從 10L-1提高至 100L-1所造成變化明顯的原因。
第五章 總結與展望
本研究用 WRF 模式搭配 Chen-Liu-Reisner 雲微物理參數化方案對東亞冬季的 鋒面氣旋系統的個案進行模擬，探究冰核濃度增加時對雲和降水的影響，並比較 500hPa 以上的區域比較明顯，Meyers et al. (1992)和修改的 Huffman (1973)方案在 500～700hPa 之間亦很明顯，且前者的強度大於後者。因 Meyers et al. (1992)方案 在 500～700hPa 之間模擬冰晶異質核化增強的效果最明顯，所以該方案模擬雲滴
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圖表
表 2-1 CLR 雲微物理參數化方案各種水物的密度(kg·m-3)和粒徑(μm)範圍。
表 2-2 各組敏感性測詴所採用的模式最底層初始冰核數量濃度(L-1)和冰晶異質 核化診斷式。
圖 2-1 CLR 方案雲微物理過程示意圖（質量），引用自 Cheng et al. (2010)。與冰 晶質量直接相關的雲微物理過程用紅色箭頭標註。
圖 2-2 CLR 方案雲微物理過程示意圖（數量），引用自 Cheng et al. (2010)。與冰 晶數量直接相關的雲微物理過程用紅色箭頭標註。
圖 2-3 冰晶凝華核化及凝結凍結核化所採用的診斷式，冰晶數量濃度(L-1)診斷值 與環境的關係。(a) Cooper (1986)方案，(b) Meyers et al. (1992)方案，(c) 修改的 Huffman (1973)方案，其中(c)的點線、虛線、實線分別表示環境冰核濃度為 1L-1、 10L-1、100L-1時的情況。
圖 2-4 理想假設情況下(a) 冰核數量濃度(L-1)及(b) 冰晶數量濃度(L-1)隨時間產 生變化的示意圖，橫軸的數字為單位時間。左側採用 Meyers et al. (1992)方案，右 側採用修改的 Huffman (1973)方案，其中虛線和實線分別表示環境初始冰核濃度 設定為 10L-1、100L-1時的情況。
(a)
(b)
圖 2-5 東亞地區地面天氣圖。(a) 2009 年 01 月 09 日 00 世界時，(b) 2009 年 01 月 09 日 06 世界時。（來源：中央氣象局）
圖 2-6 WRF 模式模擬區域設定，黑色方框表示內槽範圍。內槽四個頂點經緯度 為：左上 40.47°N，135.19°E；右上 40.35°N，151.38°E；左下 31.36°N，136.16°E；
右下 31.25°N，150.22°E。
圖 2-7 2009 年 01 月 09 日 00 世界時，模式內槽環境條件空間平均垂直剖面。(a) 溫度(℃)，(b) 水汽質量混合比(g·kg-1)，(c) 冰核數量混合比(g-1)，其中(c)為模式 底層初始冰核濃度設定為 100L-1時的情況。
(a)
(b)
圖 3-1 2009 年 01 月 09 日 04 世界時，模式內槽雲水含量垂直積分(g·m-2)空間分 佈，圖中黑色線為 CloudSat 衛星在約 04 時 03 分至 05 分由東南向西北經過此區 域的移動軌跡，且 04 時的 MODIS 衛星資料未能涵蓋模式內槽左上、右上邊角處 小範圍區域。(a) MODIS 衛星資料，(b) MEY-10 實驗結果。
(a)
(b)
(c)
(d)
圖 3-2 雲水含量(mg·m-3)垂直剖面，為圖 3-1 所示的 CloudSat 移動軌跡，約世界 時 2009 年 01 月 09 日 04 時 03 分至 05 分，選取 04 時 00 分的實驗結果對照。(a) 固態水含量(CloudSat 衛星資料），(b) 液態水含量(CloudSat 衛星資料)，(c) 固態 水含量(MEY-10 實驗結果)，(d) 液態水含量(MEY-10 實驗結果）。
圖 3-3 雲內冰晶質量混合比(mg·kg-1)空間平均隨等壓面高度和時間的分佈，模擬 起始時間為世界時 2009 年 01 月 09 日 00 時起，至 06 時止，共 360 分鐘，格點的 雲水含量大於 1mg·kg-1被認為是雲內，圖中黑色點線指示溫度為 0℃的等壓面高 度。每張圖對應的敏感性測詴為：(a) COP-1，(b) COP-10，(c) COP-100，(d) MEY-1，
(e) MEY-10，(f) MEY-100，(g) HUM-1，(h) HUM-10，(i) HUM-100。
圖 3-4 條件如圖 3-3，物理量改為雲內冰晶數量混合比(g-1)。
圖 3-5 條件如圖 3-3，物理量改為雲內雲滴質量混合比(mg·kg-1)。
圖 3-6 條件如圖 3-3，物理量改為雲內雲滴數量混合比(mg-1)。
圖 3-7 條件如圖 3-3，物理量改為雲內冰晶粒子平均半徑(μm)。
圖 3-8 條件如圖 3-3，物理量改為雲內雲滴粒子平均半徑(μm)。
圖 3-9 條件如圖 3-3，物理量改為雲內雨滴質量混合比(mg·kg-1)。
圖 3-10 條件如圖 3-3，物理量改為雲內雪粒子質量混合比(mg·kg-1)。
圖 3-11 條件如圖 3-3，物理量改為雲內霰粒子質量混合比(mg·kg-1)。
圖 3-12 水物含量垂直積分(g·m-2)空間平均時序圖，模擬起始時間為世界時 2009 年 01 月 09 日 00 時起，至 06 時止，共 360 分鐘。左、中、右三欄分別代表實驗 採用 Cooper (1986)方案、Meyers et al. (1992)方案、修改的 Huffman (1973)方案，
點線、虛線、實線分別表示模式底層初始冰核濃度設定為 1L-1、10L-1、100L-1時 的情況。(a) 冰晶，(b) 雲滴。
圖 3-13 條件如圖 3-12，物理量改為：(a) 雨滴，(b) 雪粒子，(c) 霰粒子。
圖 3-14 條件如圖 3-12，物理量改為：(a) 降水強度(mm·h-1)，(b) 累積降水量(mm)。
圖 3-15 世界時 2009 年 01 月 09 日 06 時，6h 累積降水量空間分佈(mm)，範圍 是模式內槽。每張圖對應的敏感性測詴為：(a) COP-1，(b) COP-10，(c) COP-100，
(d) MEY-1，(e) MEY-10，(f) MEY-100，(g) HUM-1，(h) HUM-10，(i) HUM-100。
圖 3-16 雲內水物變化速率空間平均垂直剖面，點線和實線表示模式底層初始冰 核濃度設定為 1L-1及 100L-1實驗減去冰核濃度為 10L-1實驗的差值，並取 6h 的平 均。雲內的定義和黑色點線的意義同圖 3-3，左、中、右三欄的排列同圖 3-12。(a) 冰晶凝華核化及凝結凍結核化速率(g-1·h-1)，(b) 冰晶浸入核化及同質核化速率 (mg·kg-1·h-1)，(c) 冰晶凝華增長速率(mg·kg-1·h-1)。
圖 3-17 條件如圖 3-16，物理量改為：(a) 冰晶轉化為雪粒子的速率(mg·kg-1·h-1)，
(b) 雪粒子凝華增長速率(mg·kg-1·h-1)，(c) 雪粒子淞化增長速率(mg·kg-1·h-1)。
圖 3-18 條件如圖 3-16，物理量改為：白吉龍過程條件下的雪粒子凝華增長速率 (mg·kg-1·h-1)。
圖 3-19 雲內環境條件空間平均垂直剖面，並取 6h 的平均，點線、虛線、實線 分別表示模式底層初始冰核濃度設定為 1L-1、10L-1、100L-1時的情況，其餘條件 同圖 3-16。 (a) 環境溫度(℃)，(b) 環境相對於冰面的過飽和度(%)。
圖 4-1 冰核濃度增加對雲微物理屬性的影響示意圖
圖 4-2 冰核濃度增加對降水的影響示意圖