冰雹是我国主要的自然灾害之一，在全球变暖背景下，雹暴和冰雹天气事件频繁发生，对民众生命财产安全造成严重威胁，因此，数值天气预报模式如何在提高分辨率的同时提高雹暴和冰雹的预报技巧对防灾减灾越来越重要。然而目前冰雹大小、落区和雹暴的预报仍然是高分辨率数值模式的一大挑战。近年来许多研究指出，目前的数值天气预报模式在雹暴和冰雹的模拟能力上仍有很大的改进空间，物理过程有很大的不确定性，亟需更进一步的研究工作。合理的冰雹参数化方案将有助于改进数值模式模拟冰雹的能力，并提高业务模式未来精细化天气预报的水平。

近期，上海台风研究所吴宛真博士及其合作者使用WRF模式对2020年9月4日发生在山东的雹暴事件进行了数值模拟，对当前高分辨率模式和微物理方案模拟和预报冰雹的问题和不确定性进行了评估。通过对典型雹暴的模拟试验，对三个可预报固态降水的微物理方案(分别为Aerosol-Aware Thompson方案，可显式模拟冰雹的WRF Double-Moment 7-class 方案和三参数National Taiwan University Triple-Moment 方案)对冰雹的模拟能力进行了详细分析，发现NTU3M方案模拟结果与观测最接近（见图1），其中，三个方案模拟的冰雹在融化层到落地前的尺度变化差异最大（见图2），表明融化过程与预报冰雹尺度有最紧密的联系。研究结果显示，融化过程与最大粒径的垂直差异相关，直接影响冰雹落地大小，因此冰雹的融化过程是未来改进预报落地冰雹的关键，之后将继续以融化方程为基础对常用微物理方案的融化参数化进行定量分析，并提出微物理参数化改进方案，希望研究成果能为将来改进业务模式的冰雹预报提供技术参考。相关研成果发表在Monthly Weather Review。

图1 三个方案模拟的24小时(a)降水量，单位:mm、(b)降雹量，单位:mm和(c)落地最大冰雹直径，单位:cm

图2 (a)-(c)分别为发生冰雹事件地点上空三个方案模拟的云物理结构，平均云水(Qc)、雨水(Qr)、云冰(Qi)、雪(Qs)、软雹(Qg)、冰雹(Qh)的垂直分布。Q为质量混合比，N为数浓度，Dmax为模拟的冰雹最大粒径，α为粒径分布的形状参数，虚线为α的10%和90%的百分位。

论文信息:

Wu, W., Huang, W., Deng, L., & Wu, C. (2022). Investigation of Maximum Hail-Size Forecasting Using Bulk Microphysics Schemes, Monthly Weather Review, 150(10), 2503-2525.

原文链接:

https://journals.ametsoc.org/view/journals/mwre/150/10/MWR-D-21-0312.1.xml