人工增雨农业减灾技术研究

该项目在河南、山东、吉林3省建立了层状云人工增雨外场观测作业试验区，研制了层状云数值模式，结合分析得出了层状云人工增雨新的概念模型、相应的催化条件判据和作业指标；研制了催化条件的飞机实时识别技术和地面综合集成识别技术；建立了中尺度层状云系数值模拟预报的实时业务和省级的人工增雨综合技术系统（催化条件综合识别判据、实时监测识别技术、催化指标和作业决策系统等），提出了相应的作业流程。 在鄂西北（十堰市）对流云人工增雨作业试验区进行了大量外场观测和作业试验，用研制的三维对流云催化模式进行实时预报和催化数值试验，初步提出了催化的最佳部位、时机和剂量；开发应用了高成核率火箭；用雷达识别作业条件并建立了指挥作业的技术流程，因而大大减少了作业的盲目性，提高了对流云人工增雨作业的科学性。     

湖南秋季积层混合云系飞机人工增雨作业方法

统计分析2007—2016年秋季湖南省长沙市地面气象观测资料、湖南省飞机人工增雨作业资料, 得到湖南省秋季积层混合云系的降水分布情况、一般结构特征和相应的飞机增雨作业方法。使用多普勒天气雷达、GRAPES_CAMS数值模式和中小尺度气象站网等资料对典型作业天气过程进行云降水物理和数值模拟分析, 采用成对对流云和基于TREC算法的回波跟踪等方法进行作业效果评估。归纳得到湖南省秋季积层混合云系人工增雨作业条件判别的12个宏微观指标, 探讨在使用运7飞机、碘化银烟条作业装备条件下, 开展飞机增雨作业的最佳催化时机、部位和剂量。针对积层混合云系中的降水性层状云系、积云对流泡, 飞机增雨适宜作业的区域、播撒高度和催化剂量:在过冷高层云的-15~-5℃层, 播撒达到30 L-1的人工冰晶浓度; 在过冷积云的-15~-7℃层, 静力催化使冰晶浓度达到30 L-1或动力催化达到100 L-1。这些方法在实践中取得了较好的人工增雨作业效果。     

大气冰核谱分布对对流风暴云人工催化影响的数值模拟研究

2002年9月在青海省河南县人工增雨综合试验基地开展了人工增雨外场综合观测试验.根据这次实验得到的大气冰核资料,以及文献给出的另外两组常用的冰核资料,利用中国科学院大气物理研究所研制和发展的三维对流云人工催化数值模式,讨论了3类不同大气冰核谱环境对模拟对流风暴云人工催化增雨效果的影响,模式中还考虑了国内人工影响天气部门常用的RYI-6300型和WR-1B型人工增雨防雹火箭播云弹道的差异.模拟结果表明,3类不同大气冰核谱环境对模拟对流风暴云的宏观和微观参量分布结构有很大影响,在这些对流云中进行火箭播云催化试验得到的播云效果也有很大差异.大气环境中高温冰核浓度低,而低温冰核浓度高时,对流风暴云人工催化将导致云中冰晶过量,不利于对流风暴云降水增加.在大气环境中高温冰核浓度较高,并且低温冰核浓度较低时,对流催化风暴云可获得最高的人工增雨效果.在青海试验区的大气冰核谱环境下,火箭催化对流风暴云增雨有一定效果.对不同地区进行人工增雨作业时,了解清楚当地大气冰核的基本背景状况对于正确地评估播云效果非常重要.文中还给出了导致这些结果差异的物理解释.     

夏季对流云人工增雨效果评价方法初探

由于对流云尺度小、生消快,降水时空分布不均匀等特点,对其进行人工增雨效果评价是十分困难的事.本文利用2003年在"江淮地区对流云人工增雨外场试验"试验区获取的对流云人工增雨监测资料,采用成对对流云试验方案,开展对对流云人工增雨效果进行评估.通过对催化云催化前后雷达特征量和地面雨量变化分析,以及催化云与非催化云自身对比分析和双比分析,初步得出:人工催化后10～20 min增雨效果不明显,人工催化30 min后才能产生明显的增雨效果,其效果在100%以上.     

武汉一次对流云火箭人工增雨作业的综合观测分析

为了收集整理对流云人工增雨效果的相关证据,利用雨滴谱、GPS/MET水汽、多普勒雷达和地面分钟雨量观测资料,对2014年9月28~29日武汉一次对流云火箭人工增雨作业过程进行效果分析检验。结果表明:(1)对流层中低层上干下湿结构有利于对流发生,作业前水汽向武汉附近集中,雷达回波顶高为10 km左右,且作业目标云处于新生或发展阶段,具有较好的作业条件;(2)通过催化目标云与对比云的对比分析发现,催化后对流单体的最大反射率因子、回波顶高、垂直液态水含量和强回波面积等物理参量均出现不同程度增长,整个生命史延长30 min以上,其中F1对流单体经催化后在00:33~00:51经过武汉观测站,形成的降水粒子在1.85 mm粒径处出现峰值,且粒径和数浓度快速增长至最大;(3)3个目标云此次催化后的增雨率均超过36%。     

夏季对流云火箭增雨技术初步研究

该文着重讨论了利用具有射程远，播撒高度高，催化剂量大，成核率高等优点的增雨火箭，对对流云进行催化时目标云的选择、催化潜力判断、催化时机把握、催化部位的确定以及运用雷达来指挥作业等关键问题进行了研究。分析了当地地形气候特点、对流云雷达回波特征、作业工具特点等资料，并通过模式对催化剂量（火箭用弹量）进行模拟计算，以及充分考虑现有的人工影响天气技术水平、装备设施和通讯条件等，提出了包括客观作业指标、监测预警流程、作业参数生成、指挥通讯方式和效果观测收集等内容的火箭增雨作业技术方法。     

夏季对流云火箭增雨技术的初步研究

对流云是湖北省西北部盛夏季节主要的降水来源,也是此时期抗旱人工增雨主要的作业对象,本文着重讨论了利用具体射程远,播散高度高,催化剂量大,成核率高等优点的增雨火箭,对对流云流行催化所涉及的目标云的选择,催化潜力判断,催化时机把握,催化部位的确定以及运用雷达来指挥作业等关键问题,通过对当地地形气侯特点,对流云雷达回波特征,作业工具特点等资料的分析,并通过模式对催化剂量（火箭用弹量）进行模拟计算,以及充分考虑现有的人影技术水平,装备设施和通讯条件等状况,初步提出了一套包括客观作用指标,监测预警流程,作业参数生成,指挥通讯方法和效果上集等内容的火箭增雨作用技术方法。     

黄河上游河曲地区对流云催化增雨的数值模拟研究

应用中国科学院大气物理研究所开发的三维对流云模式,对青藏高原河曲地区强对流云的催化增雨效果及催化云的动力特征、微物理机制进行了模拟研究.模拟结果显示:黄河上游河曲地区的对流云具备一定的催化潜力.如果催化时机、部位选择适当,降水总量增加有望达到30%～50%,催化所产生的动力效果比较显著.催化剂的加入使得云中凝华潜热释放量增加,上升气流加强,云顶升高,云水平尺度也有所加大,地面降水区域扩大,降水时间延长.由于云中冰晶大量生成,导致过冷云水、雨水减少,暖雨过程迅速减弱,云中霰和冻滴量增多,其融化过程加强引起的降水增加远远超过了暖雨量的减少,总的增雨效果比较显著.敏感性实验表明,催化高度对增雨效果的影响最为显著,高于某一催化高度,有可能产生增雨防雹的好效果;低于某一催化高度,则会在防雹的同时使地面降水减少.对流云早期催化的增雨效果较好.一定范围内催化剂量的变化对增雨量影响不大,小剂量催化也有可能达到较好的增雨效果.     

拉萨地区汛期积状云及其人工增雨作业研究

本文利用拉萨地区1981 ～2010年汛期5～9月4个台站的地面观测资料,统计分析了汛期5～9月各类积云的发生频率及其降水过程,分析了各类积云的降水能力;从卫星云图、天气雷达图识别及目测三个方面对拉萨地区汛期适宜高炮（火箭）人工增雨作业云系做了初步探讨.结果表明：拉萨地区平均每年有40d以上的积云降水;其中伴随碎雨云的积雨云（Cb＋Fn）降水概率最大.各县区平均积云降水过程占总降水过程的52.6％,平均积云降水量占总降水量的54.8％;汛期降水过程中由积云带来的降水占一半以上,一般产生小雨及小到中雨的雨量,产生大雨及暴雨的概率极小.降水性积云不仅人工增雨潜力很大,实施人工增雨催化作业的机会也较多.适合人工增雨作业影响的积云降水云系按其对降水量的贡献大小依次为伴随碎雨云出现的积雨云（Cb＋ Fn）、伴随碎积云出现的混合层积云（Sc＋Fc）、积雨云（Cb）、层积云（Sc）.     

2004年江苏火箭人工增雨降温分析

为缓解夏季高温,减轻用电负荷,2004年江苏省实施了火箭人工增雨降温作业.本文利用多普勒天气雷达和地面各项观测资料,对2004年11 d 27次火箭增雨降温作业前后降水与降温情况进行统计分析,在此基础上重点分析了8月5日常州市的火箭人工增雨降温作业过程,分析了这次作业的效果,讨论了强对流云催化降温的机理和火箭增雨降温作业的着眼点,为以后此项工作的开展提供依据.     

碘化银播撒对云和降水影响的中尺度数值模拟研究

通过在WRF (Weather Research and Forecasting) 中尺度天气数值模式中引入碘化银与云相互作用过程, 建立了中尺度播撒碘化银数值模式。研究了碘化银播撒对于中尺度对流天气过程中云和降水的影响, 研究了不同播撒部位、 播撒时间和播撒剂量情况下碘化银的扩散、 传输及其对云中水成物和降水量的影响。研究结果表明, 碘化银在云中的扩散传输过程与播撒的位置有很大关系, 在最大上升气流区播撒的碘化银能随着气流更快地扩散到云体上部过冷水含量丰富的区域, 播撒在云上层入流区和云下层入流区的碘化银扩散到云中过冷水区需要时间更长, 同时有大部分停留在云体边缘。碘化银能与云中过冷水相互作用, 消耗过冷水使云中冰晶数浓度明显增加, 从而使霰粒子转化减少, 过冷水更多地转化为雪粒子, 过冷水凝结释放出潜热使上升气流增强, 促进了对流发展。由于雨水含量的增加, 地面降水也出现增加。碘化银播撒率对地面降水量影响很大, 当播撒率为0.6 g/s时, 播撒对降水的影响时间超过4小时, 增雨的效果更好。播撒率为0.1 g/s时增雨效果不明显, 当播撒率为1.2 g/s 时, 对总降水可能出现抑止作用。对比碘化银播撒率为0.6 g/s时12小时地面增雨量, 在云上层入流区播撒碘化银试验中, 地面增雨量比对最大过冷水含量区的催化试验提高了48.7%, 最大上升气流区播撒试验增雨效果最好, 地面增雨量比在最大过冷水区域播撒提高了72.1%。     

对流云增雨作业效果回波对比分析

人工催化对流云的效果检验是一个非常复杂的科学难题，它受当前科研水平、仪器装备水平、研究对象复杂性等多方面的制约。该文通过运用加密雷达资料对一次对流云催化作业个例的效果进行分析，采用目标云和对比云比较分析的方法，探讨了根据雷达回波各种参数的变化来判断催化作业效果的途径。结果表明，目标云在降水、生命期特征、回波垂直特征参数变化等方面都表现出与对比云明显的差异，从而推断本次作业达到了增加降雨的效果。     

吸湿性播撒对暖性对流云减雨影响的数值模拟

利用以色列特拉维夫大学二维面对称分档云模式（two-dimensional slab-symmetric detailed spectral bin microphysical model of Tel Aviv University）,对2016年9月4日16:00（北京时）前后我国华东地区的一次暖性浅对流云降水过程进行模拟,模式模拟的强回波中心高度和最大回波强度范围与观测基本一致。并在此基础上进行了小于1 μm的吸湿性核的播撒减雨试验,分别考虑了不同播撒时间、不同播撒高度以及不同播撒剂量的敏感性测试。结果表明:在云的发展阶段早期播撒能起到更好的减雨效果,播撒时间越早对大粒子生长过程的抑制作用越强,随着播撒时间向后推移,受抑制作用最显著的粒径段向小粒径端偏移;在云中心过饱和度大的区域下方进行播撒,减雨效果更加明显,当播撒剂量为350 cm-3时,地面累积降水量减少率可达23.3%;另外,随着播撒剂量的增加,减雨效果更加显著,甚至能达到消雨的效果。因此,在暖性浅对流云中合理地播撒小于1 μm的吸湿性核能达到较好的减雨或消雨效果。     

依据雷达回波自动选取对比云进行人工增雨效果检验的方法

针对对流云人工增雨作业效果的物理检验,提出了一种根据雷达回波参量自动选取对比云并进行效果分析的方法。以多普勒雷达的数据产品为基础,在作业时存在的所有对流单体中,通过比较它们与目标云的生成时间和空间位置,并应用相似离度法判别从其初始生成到作业时的回波参量及其变化特征的相似程度,自动找出对比云,最后给出在整个生命期内目标云的回波参量随时间的变化情况,以及目标云和对比云回波参量在同一时刻和同一发展时期的比较结果。依据该方法,研制了对流云人工增雨雷达效果分析软件。试验证明:该方法实用性较强,能够快速识别出对比云,在一定程度上消除人为判别的误差,提高对流云人工增雨作业效果分析的科学性。     

一次浙江对流云催化数值模拟试验

为了研究吸湿性催化剂、碘化银催化剂及两者的联合催化效果,利用双参数三维对流云催化模式,对浙江南部一次对流云降雨过程分别进行盐粉暖云催化、碘化银冷云催化和冷暖混合催化试验,对比研究不同催化方案对对流云降雨的可能影响。结果表明:盐粉催化导致先增雨后减雨,主要通过盐溶滴与云滴碰并增长,及雨滴碰并和霰粒子碰冻过程消耗。在上升气流区和降雨前期进行催化的增雨效果更好,30 μm粒径的盐粉催化剂量为12.5/L时,可增加降雨量17.8%。在降雨过程的不同发展阶段进行AgI催化,表现出先减雨后增雨的催化效果。盐粉和碘化银的联合催化,由于两者催化效果的不同步,使得不同吸湿性催化剂和碘化银催化剂量配置会导致不同的催化效果。当30 μm的盐粉,催化剂量12.5/L,联合碘化银100/L的冷区催化,可取得19%的增雨效果。     

区域趋势控制协变量回归分析效果评估方法研究

本文根据区域趋势控制和气象－物理协变量相关设计了三套非随机化人工增雨作业效果评估方案，个例作用区域趋势对比双比分析评估方案，区域趋势相关回归分析评估方案和气象－物理协变量多元回归分析评估方案，对河南省实例评估计算表明，利用物理协变量作为控制因子，可以提高作业区自然水量估计值的准确度，从而能提高随机化作业的效果评估效率。     

对流云人工增雨潜力初步探讨

利用在古田水库建立的以新一代天气雷达为主,包括稠密地面雨量站网等人工增雨综合监测技术系统,结合古田水库“蓄水型”人工增雨外场试验研究对流云降水量、降水效率和人工增雨潜力。研究表明:①试验区对流云自然降水效率平均约为1222×103m3,最大为1626×103m3;②人工催化后18~36 min,平均降水效率提高6个百分点,每次作业降水量增加395.5×103m3;相对增加28.36%,最大分别增加10个百分点,为972×103m3和59.78%;③每次作业水库入库流量增加143×103m3;④综合12年(1975~1986)古田人工增雨试验和2004年古田水库“蓄水型”人工增雨效果分析,可以认为对流云云内含水量大,有明显的增雨潜力。     

青海省秋季一次对流云人工增雨的数值模拟

利用中国气象科学研究院的三维对流云数值模式，模拟了青海省2002年秋季一次对流云过程，分析了青海省秋季对流云云体发展的动力学特点和微物理特征。数值模拟结果表明，青海省秋季的对流云降水几乎全部是由霰的融化形成的，而自然云中冰晶含量少、冰霰自动转化形成霰胚的过程非常微弱。但采用合适的方法催化以后，冰晶的核化、繁生量增加，通过冰霰自动转化过程形成大量霰胚，霰胚再通过其他冷云微物理过程迅速增长，融化成降水。催化后各种微物理机制都比催化前活跃，同时催化改变了云体的动力场分布，在动力过程和微物理过程的相互促进下，使增雨取得了很好的效果。