Numerical modelling of warm and cold type rain modification

Abstract

Numerical models capable to simulate rain modification process are powerful tools of modern civilization, which helps scientist and laboratory researchers to determine the ability of newly produced reagent to enhance precipitation. Such models allow scientists to investigate what characteristics new material should have in order to give positive effect in weather modification process and this can determine further laboratory research. The use of such model is more economical than to conduct real seeding experiments and enables unlimited number of calculations and analysis to be done. New gust front pulsation parameterization scheme is introduced in this thesis in order to improve Weather Research and Forecasting (WRF)–Advanced Research WRF (WRF–ARW) numerical model capabilities to simulate cloud development and rain formation process. The influence of this new scheme on model performances is tested through investigation of the characteristics of an idealized supercell cumulonimbus cloud in WRF, as well as studying a real case of thunderstorms above the United Arab Emirates. In the idealized case, WRF with the gust front parameterized produces more precipitation and shows different time evolution of mixing ratios of cloud water and rain, whereas the mixing ratios of ice and graupel are unchanged when compared to the default WRF run without the parameterization of gust front pulsation. The included parameterization did not disturb the general characteristics of thunderstorm cloud, such as the location of updraft and downdrafts, and the overall shape of the cloud. New cloud cells in front of the parent thunderstorm are also evident in both idealized and real cases due to the included forcing of vertical velocity caused by the periodic pulsation of the gust front head. Despite the differences between two WRF simulations and satellite observations, the inclusion of the gust front parameterization scheme produced more cumuliform clouds thus matching the results better with the observations...

Нумерички модели способни да симулирају процес модификације падавина, представљају моћан алат савремене цивилизације, који помаже научницима и лабораторијским истраживачима да утврде способност новопроизведеног реагенса да стимулише падавине. Нумерички модели омогућавају научницима да истраже какве карактеристике треба да има новопроизведени материјал како би позитивно утицао на процес модификације времена и добијени резултати могу одредити даља лабораторијска истраживања. Коришћење нумеричких модела је економски исплативије од спровођења експеримената са засејавањем у природи и омогућује да се уради неограничен број рачунских експеримената и анализа. У овој тези представљена је нова шема за параметризацију олујног фронта, која има за циљ да побољша способност нумеричког модела Weather Research and Forecasting (WRF)–Advanced Research WRF (WRF–ARW) да симулира развој облака и процес формирања падавина. Утицај нове шеме на перформансе модела испитан је на примеру идеализованог суперћелијског облака у WRF моделу, као и проучавањем реалног случаја грмљавинске непогоде изнад Уједињених Арапских Емирата. У идеализованом случају, са укљученом параметризацијом олујног фронта у WRF моделу, формира се већа количина падавина и јавља се разлика у промени односа смеше облачне воде и односа смеше кишне воде са временом, док су однос смеше леда и граупела остали непромијењени у поређењу са WRF моделом у којем није укључена параметризација олујног фронта. Примена параметризације није изменила опште карактеристике грмљавинског облака, као што су положај узлазне и силазне струје у облаку и облик облака. Форсирањем вертикалне брзине, које представља периодичне осцилације носа олујног фронта, у идеализованом и у реалном експерименту евидентирано је формирање нових конвективних ћелија испред олујног облака. Упркос разликама између симулација са WRF моделом и сателитских осматрања, укључивање шеме за параметризацију олујног фронта створило је више конвективне облачности, те довело до бољег слагања са осматрањима...