(2.18) Trong đó, ρa và ρw là mật độ không khí khô và ẩm, χtot là tổng khối tỉ lệ xáo trộn của sulfat và BC và OC thấm nước, wL là nước chứa trong mây, tất cả đều theo đơn vị SI và K là tỉ lệ khối của trung bình bán kính khối (rv) và bán kính tác động của phổ giọt mây (re), với giả thiết là 0.67 trên lục địa và 0.80 trên biển (Martin, 1994).
2.1.5.3.Tác động gián tiếp loại 2
Tác động gián tiếp loại 2 liên quan tới tăng lượng mây và thời gian tồn tại của mây từ tăng CCN từ sol khí, nó được tiến hành trong mô hình bởi thay đổi các tham số vi vật lý mây vì vậy tỉ lệ giáng thủy tác động bởi tập trung sol khí do con người gây ra. Trước khi mô tả sự thay đổi này, nó được sử dụng cho giáng thủy quy mô lớn từ mây phân ly được và các mây đối lưu trong phiên bản chuẩn của RegCM3.
Theo như phiên bản chuẩn của RegCM3, giáng thủy từ mây phân ly được được trình bày sử dụng sơ đồ đơn giản hóa của Hsie (1984), bao gồm các phương trình dự báo cho lượng nước chứa trong mây và thành phần tự động chuyển đổi mây nước thành mưa Kessler (Kessler 1969, và sau đây gọi là KS69):
53
(2.19)
Trong đó Pautocv là tốc độ hình thành nước mưa (kg kg-1 s-1) và nước mây chuyển từ mây phân ly được, kcl
-1
là tốc độ tự động chuyển đổi trong RegCM3 là 10-4s-1, và wth là ngưỡng chuyển đổi mây – nước, trong RegCM3 được giả thiết là hàm của nhiệt độ. Bởi vậy, từ đây Pautocv chỉ phụ thuộc vào wL, với giả thiết không bị tác động bởi sol khí, tốc độ giáng thủy trong phiên bản chuẩn RegCM3 là độc lập với sự tập trung của sol khí. Để bao gồm hiệu ứng gián tiếp hai, Pautocv phải được thay đổi vì vậy nó phụ thuộc vào các tham số vi vật lý mây (Nc và re), và nó quay trở lại tác động lên sol khí.
Đối với các mây đối lưu, Sơ đồ Kuo của Anthes (1987) được sử dụng trong mô hình RegCM3. Giáng thủy xảy ra khi cột phức hợp nước bốc hơi hội tụ vượt ngưỡng được đưa ra trong điều kiện đối lưu không bền vững. Phụ thuộc vào trung bình cột độ ẩm tương đối, phân hội tụ của nước bốc hơi chuyển đi như giáng thủy và còn lại được phân bố quay trở lại khí quyển. Trong mây đối lưu, re biến đổi đặc trưng từ rất nhỏ từ đầu đến cuối độ dày của các đám mây bởi sự cuốn hút mạnh mẽ (Martin, 1994) và với đề xuất này ảnh hưởng gián tiếp 2 không nên mạnh đặc biệt trong loại mây này. Bởi vậy, các ảnh hưởng sol khí lên mưa đối lưu được loại bỏ trong nghiên cứu này.
Sơ đồ tự động chuyển đổi từ Beheng (1994), từ đây gọi là BH94; trong sự tiến tới tốc độ tự động chuyển đổi phụ thuộc vào Nc và wL theo như hệ SI
(2.20)
Trong đó n (=10) là tham số rộng của phổ hạt mây ban đầu, mô tả bởi hàm Γ, γ1 (=150) là tham số điều hòa, và b là phần mây phủ. Thay thế Nc với re từ phương trình 2.18, nó cho thấy Pautocv trong tham số hóa này là tương ứng với wL
1.4
re 9.9
; như một sự lựa chọn, thay thế χtot trong phương trình 2.17, Pautocv là wL4.7 χtot
54
Tham số thứ 2 dựa trên Jones 2001 và Menon 2002a người đã thừa nhận tham số hóa tự động chuyển đổi từ Tripoli và Cotton (1980), và từ đây gọi là TC80
(2.21)
Trong đó Ec là khả năng va chạm/kết hợp của các giọt mây được đặt là 0.55, g là gia tốc lực hấp dẫn, µ là nhớt động lực của không khí (1.83x10-5 kg m-1 s-1), và hàm Heaviside:
(2.22)
Trong đó wth trong phương trình 2.19, là ngưỡng xảy ra tự động chuyển đổi mây- nước vì vậy tự động chuyển đổi chỉ xảy ra khi wL vượt quá wth. 2 tham số hóa Pautocv và các sol khí thông qua nó phụ thuộc vào Nc, nó là hàm của sol khí theo phương trình (2.17). Thay thế từ phương trình (2.17) hoặc phương trình (2.18) ta có thể tìm thấy Pautocv tỉ lệ với wL2re hoặc wL2.3 χtot-0.15. Vì vậy chúng ta mong đợi rằng TC80 sẽ ít nhạy để thay đổi trong χtot hơn là BH94.
Tham số TC80 được sử dụng trong mô hình được tăng cường bởi ngưỡng tự động chuyển đổi trong phương trình (2.22) phụ thuộc vào sự tập trung sol khí (Jone, 2000). Ví dụ như, Rogers và Yan (1989) cho từ động chuyển đổi chỉ tiếp tục khi số tập trung của các giọt mây lớn hơn 20µm trong bán kính (Nc20) vượt xấp xỉ 103 m-3. Re giảm khi tập trung sol khí tăng, nó có thể là với số các giọt mây lớn cũng sẽ giảm đi khi sol khí tăng và có lẽ có xu hướng trì hoãn tự động chuyển đổi ban đầu. Kết hợp hiệu ứng này trong TC80, tôi sử dụng hàm Heaviside trong phương trình 2.21 phụ thuộc vào Nc20 thay thế wL,
55
Trong đó Nc20 là đơn vị m-3. Nc20 được tính trong mô hình giả thiết chỉnh lại phân bố kích cỡ giọt mây theo wL và Nc (Pruppacher và Klett, 1997) với Nc quay trở lại được xác định bởi χtot trong phương trình (2.17).
So sánh với 3 tốc độ tự động chuyển đổi phía trên (phương trình (2.19)- (2.21)) là hàm của wL và re được trình bày trong hình 2.1, trong đó wth cho KS69 được giả thiết là 0.2g kg-1 cho đơn giản. Kiểm tra hình 2.1 cho thấy: i) thiếu ảnh hưởng gián tiếp loại 2 của sol khí (re được giả thiết là giá trị nền 10µm), tốc độ tự động chuyển đổi lớn nhất trong sơ đồ TC80, sau đó là sơ đồ BH94 và cuối cùng là sơ đồ KS69. Khi wL thấp, TC80 và BH94 là khá tương đồng nhau và nó phụ thuộc vào wL, nhưng khác biệt rõ ràng ở sơ đồ KS69 bởi khác nhau ở công thức ngưỡng sử dụng các tham số hóa.
Với sự tăng wL, biên độ của Pautocv cho BH94 tiến tới KS69 bởi BH94 phụ thuộc yếu vào wL. Bằng cách so sánh Pautocv cho KS69 có xu hướng nhỏ hơn đáng kể so với TC80 với giá trị wL trong mây quy mô lớn (wL thường nhỏ hơn 0.3 g kg-
1
); ii) Với sự bao gồm tác động gián tiếp loại 2 (re được giả thiết giảm tới 7.5µm bởi tăng χtot), Pautocv cho BH94 giảm cường độ từ 1mm/ngày tới 0.1mm/ngày ở wL = 0.3 g kg-1, trong khi đó chỉ giảm nhẹ Pautocv thấy được trong sơ đồ TC80. Bởi vậy, chúng ta mong đợi tìm thấy ảnh hưởng gián tiếp 2 lớn hơn trong BH94 so với TC80. Cuối cùng nên đề cập đến sơ đồ tự động chuyển đổi BH94 và TC80 được phát triển từ hệ thống mây đối lưu ấm liên quan vơi lượng nước mây lớn 0.5 đến 2 g kg-1 và tốc độ theo độ cao lớn 10 cm s-1 đến 1 m s-1, cho các mây quy mô lớn, chúng nhỏ hơn nhiều, ít nhất là 0.3 g kg-1 và 1mm s-1 đến 1cm s-1 (Pruppacher và Klett,1997). Cần thiết phải hòa hợp hai sơ đồ tự động chuyển đổi để mô tả giáng thủy trong các mây quy mô lớn với tốc độ theo chiều thẳng đứng nhỏ hơn. Thêm vào nữa, khi thảo luận trong Nenes, 2003, tốc độ dịch chuyển lên theo chiều cao là
56
tham số quan trọng khi sự tập trung sol khí trong các thành phần hình thành giọt mây và số lượng tập trung.
Hình 2.1. Sự biến đổi của Pautocv, tốc độ tự động chuyển đổi
Đây là hàm của wL, bán kính ảnh hưởng lượng nước lỏng trong mây re = 10µm và 7.5µm, ba phiên bản tham số hóa: KS69, dựa trên Kessler [1969] với wth = 0.2 g kg-1, BH94, dựa trên Beheng [1994], và TC80 dựa trên Tripoli và Cotton [1980]. (Chú ý: KS69 không ảnh hưởng bởi re, và quay trở lại χtot, tổng tập trung của phần tử sulfat và OC và BC thấm nước, và vì vậy chỉ thấy tham số hóa này)