This study focuses on ice initiation and ice multiplication processes in warm-based precipitating shallow cumulus clouds. The five principal components of the investigation are: (1) development and application of a two-cylinder cloud and aerosol interaction model which allows sensitivity tests on the microphysical processes; (2) analysis of the role of perturbation pressure in the evolution of cloud drop spectra; (3) analysis of the impacts of cloud drop spectra on ice formation; (4) evaluation of the impacts of concentration of cloud condensation nuclei on the ice formation and the dynamics of warm-based precipitating shallow cumulus clouds; and (5) analysis of the influences of ice-active bioaerosols on ice bursts. A time-dependent cloud and aerosol interaction two-cylinder model is formulated which incorporates the explicit microphysical processes of cloud condensation nuclei (CCN) and ice nuclei (IN). Perturbation pressure is determined explicitly by a Fourier Bessel series expansion. The aerosol masses of CCN and IN in hydrometeors are calculated explicitly in the warm rain formation and the ice crystal riming processes. Simulation results show that the updraughts induced by the gradient force of the dynamic pressure result in the new activation of cloud droplets at the cloud-clear air interface. The broadening of the droplet spectra at the cloud top results in a continuous feeding process of small cloud droplets. This feeding process can accelerate the speed of warm rain formation due to large differences in gravitational settling velocities between the small-sized cloud drops originally activated at the cloud top and large-sized cloud drops activated at the cloud base. The existence of the cloud drop activation process at the interface of cloud and clear air at the cloud summit allows the occurrence of the condensation freezing process. On the other hand, the processes of immersion freezing and contact freezing become significant when precipitation-sized / Cette étude s'intéresse à la nucléation de la glace ainsi qu'a sa multiplication durant les processus chaud de formation de précipitation dans les cumulus. Les cinq principaux aspects de cette étude sont (1) le développement et l'application d'un modèle de nuages à deux cylindres incluant l'interaction des nuages et des aérosols. Ce modèle permet de faire des tests de sensibilité des processus microphysiques; (2) L'analyse de l'effet du changement de pression durant l'évolution du spectre de gouttelettes de nuages; (3) L'analyse de l'impact du spectre de gouttelettes de nuages sur la formation de glace; (4) L'analyse de l'impact de la concentration de noyaux de condensation de gouttelettes d'eau sur la glaciation des nuages ainsi que la dynamique des formations chaudes de précipitation dans les cumulus; (5) L'analyse de l'influence de la glace issue de bio-aérosols sur la multiplication rapide de glace. Un modèle à deux cylindres dépendant du temps reposant sur l'interaction entre les nuages et les aérosols est développé. Ce modèle inclut aussi les processus microphysiques des noyaux de condensation de nuages (CCN) et des noyaux de glace (IN). La variation de pression est explicitement représentée par un développement en série de Fourier Bessel. La masse des aérosols (CCN et IN) dans les hydrométéores est calculée explicitement dans les processus chauds de formation de la pluie ainsi que dans les processus de givrage des cristaux de glace. Le mouvement ascendant de l'air induit par le gradient de la pression dynamique entraine l'activation de gouttelettes de nuages à l'interface entre l'air et le nuage. L'élargissement du spectre de gouttelettes d'eau au sommet du nuage génère un processus d'alimentation continue de petites gouttelettes de nuages. Ce processus d'alimentation peut accélérer la vitesse de formation de pluie chaude car il existe une grande différence entre la vitesse de chute des petites gouttelettes
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.22001 |
| Date | January 2008 |
| Creators | Sun, Jiming |
| Contributors | Henry Leighton (Internal/Cosupervisor2), Parisa A Ariya (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Atmospheric and Oceanic Sciences) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
Page generated in 0.0026 seconds