华北层状冷云降水微物理特征及人工增雨可播性研究

利用DMT探测平台对2009年3月11日山西云降水观测外场试验区的一次云降水过程实施了综合探测,综合分析了此次云降水过程的宏微观物理特征。计算了云中过冷水含量距0℃层高度（1500m）的垂直分布：云中过冷水含量最大值出现在0℃层高度以上400 m处,其最大值为0.416 g·m^-3,之后随着距0℃层高度的增加,云中过冷水含量迅速减小,到0℃层高度以上600 m处基本为最低,之后直到云顶,云中过冷水含量维持低值。CDP探头探测的云中粒子浓度以及CIP探头探测的云中大粒子浓度应作为判别云中可播度的两项主要指标,CDP探测的粒子浓度不小于30个·cm^-3的云区才具有一定的可播度,其中CIP探测的大粒子浓度小于10个·cm^-3时,可确定为强可播区。云滴浓度随高度变化呈多峰分布,云中粒子谱型主要为双峰或多峰型。此探测过程中典型区域的粒子谱中均出现第二峰值的区段,分析表明只有当云粒子浓度不小于30个·cm^-3时,相应云区才具有一定的可播度。     

吉林省层状云中过冷水含量(SLWC)分布及最佳飞行方案设计

2001年、2002年利用美国粒子测量系统(PMS)对我省5—7月的降水性层状云在实施人工增雨作业的同时进行了科研探测,共取得完整资料13份,其中2001年为9份,2002年为4份,对这些资料进行分析后得到以下结论：1．不同云层的配置其云中过冷水含量不同,即：垂直结构为Ns的云层中其过冷水含量最大,达到0．2737g／m^3,其次是Asop—Scop云层,其过冷水含量为0．1693g／m^3,过冷水含量最小的云层结构为Astra云层。过冷水含量为0．1054g／m^3。2．云中过冷水含量与云底高度和过冷层厚度有关,即：云底高度愈低,过冷层愈厚其过冷水含量越大。3．三种云型的云中过冷水含量距0℃层高度的分布为：在距0℃层高度以上400—600m高度范围内过冷水含量达最大,之后随着距0℃层高度的增加云中过冷水含量迅速减小。4．吉林省层状冷云人工增雨可播度为86％。5．在过冷水含量大值区,垂直于高空风做“U”型水平播撒。     

吉林省春季降水性层状云基本结构及降水潜力的初步研究

2001年、2002年利用美国粒子测量系统（PMS）对吉林省5～7月降水性层状云在实施人工增雨作业的同时进行了科研探测,取得了一批资料,对这些资料进行计算后得到以下结论： （1）吉林省春季降水性层状云宏观结构主要分为三种云型即：Ns、As op-Sc op、Astra。 （2）不同云型其云中过冷水含量、云滴数密度不同,其中Ns云型的云中过冷水含量、云滴数密度最大,分别达到0．2737g／m^3、205．3个／L,其次是Asop-Sc op云层,其过冷水含量、云滴数密度分别为0．1693g／m^3、117．5个／L,过冷水含量、云滴数密度最小的云层结构为Astra,分别为0.1054 g／m^3、98．6个／L。 （3）云中过冷水含量与云底高度为负相关,与过冷层厚度为正相关. （4）三种云型的云中过冷水含量、云滴数密度距0℃层高度的分布基本一致：在距0℃层高度以上400-600m高度范围内过冷水含量、云滴数密度达最大,之后随着距0℃层高度的增加云中过冷水含量、云滴数密度迅速减小。 （5）吉林省春季降水性层状云的可播度为86％;三种云型的人工降水潜力有所不同,即：Ns云型潜力最大,达41．3％,其次是As op-Sc op云型潜力为28．4％,潜力最小的云型为As tra,为26．6％。     

吉林省层状云中过冷水含量分布特征及人工增雨潜力研究

2001～2002年在实施人工增雨作业的同时利用美国粒子测量系统 ,对吉林省 5～7月降水性层状云进行了科研探测。通过对探测资料的分析 ,得到以下结论 :(1 )吉林省的降水性层状云主要分为 3种云型 :雨层云降水、蔽光高层云—层积云降水、透光高层云降水。其中雨层云中过冷水含量最大 ;(2 )云中过冷水含量与云底高度为负相关 ,与过冷层厚度为正相关 ;(3) 3种云型中距 0℃层高度以上 400～600m高度范围内过冷水含量达最大 ;(4) 3种云型的可播度为 86 %。雨层云的人工增雨潜力为最大。     

吉林省层状云中过冷水含量分布特征及人工增雨潜力研究

2001～2002年在实施人工增雨作业的同时利用美国粒子测量系统，对吉林省5～7月降水性层状云进行了科研探测。通过对探测资料的分析。得到以下结论：(1)吉林省的降水性层状云主要分为3种云型：雨层云降水、蔽光高层云一层积云降水、透光高层云降水。其中雨层云中过冷水含量最大；(2)云中过冷水含量与云底高度为负相关，与过冷层厚度为正相关；(3)3种云型中距0℃层高度以上400～600m高度范围内过冷水含量达最大；(4)3种云型的可播度为86％。雨层云的人工增雨潜力为最大。     

甘肃省夏季层状云微物理特征个例分析

对2004年6月12日甘肃河西地区一次降水性层状云的云物理飞机探测结果进行了分析,通过对云中粒子的浓度、直径、二维图像以及谱型变化地研究,并结合宏观观测记录,详细分析了云系的垂直和水平微物理特征.观测资料分析表明:此次云系为Ac-Sc结构,上层Ac云为纯冷云,下层Sc云为纯暖云,两层云之间存在较厚的干层.云中微物理量的垂直和水平变化均具有明显的不均匀性,整个探测过程中,FSSP-100所测云粒子的浓度和平均直径变化范围分别为0.1～-232.6cm-3和3.5～45.5μm,OAP-2D-GA2所测云粒子浓度及平均直径变化范围分别为0.01～116.7cm-3和32.2～995.7μm.粒子二维图像表明,上层高积云中冰相粒子的凇附、粘连现象普遍,说明云中存在较多的过冷水.图像及谱型分析表明,6000m以上某些区域有冰晶高浓度区存在,大量冰晶的成长消耗了云中过冷水,不利于大云粒子的形成和成长;这次降水雨滴主要由纯暖性Sc云中暖云成雨过程形成,冷云过程只在Sc云顶附近有一定作用,本次降水主要机制为下层层积云中的暖云过程.     

山西春季层状云系数值模拟及与飞机探测对比

采用中国气象科学研究院 (CAMS) 中尺度云参数化模式对2010年4月20日山西省一次春季层状降水云系的宏微观结构,特别是垂直方向上的微物理结构进行了数值模拟和分析。利用携带云粒子探测设备的飞机对该次层状云系进行了两次云物理探测飞行,并将飞机探测所获取的数据和图像资料与数值模拟结果进行了对比研究。模拟结果显示:该次降水过程以层状冷云降水为主,云中过冷水含量丰富,云系存在明显的3层结构,地面降水主要来自于云中高层冰晶、雪、霰等冰相粒子的融化和低层云水的转化。数值模拟与飞机探测对比分析显示,高空温度、湿度和高度的配置两者基本一致,数值模拟不同高度的云粒子相态、垂直方向云水比含水量与飞机探测获取的云粒子图像和云液态水含量的垂直结构基本吻合,但数值模拟的云中各种水成物粒子出现的高度较飞机探测偏高。     

内蒙古东部层状云中过冷水含量分布特征及作业飞行方案设计

通过利用美国粒子测量系统（PMS)，对内蒙古东部2001—2002年5—7月降水性层状云进行的科研探测。经过对探测资料分析得出以下结论：（1）内蒙古东部的降水性层状云主要分为三种云型：雨层云降水、蔽光高层云-层积云降水、透光高层云降水。其中雨层云中过冷水含量最大；（2）云中过冷水含量与云底高度为负相关，与过冷层厚度为正相关；（3）三种云型中距0℃层高度以上400?600m高度范围内过冷水含量达最大；（4）三种云型的可播庋为雨层云的人工增雨潜力为最大。（5）在过冷水含量大值区，垂直于高空风做“U”型水平播撒。     

山西省2008—2010年64架次飞机云物理观测结果分析

利用山西省2008—2010年64架次云结构的飞机探测资料,结合地面观测和卫星数据统计分析了层状云系的宏微观特征。结果表明:降水云和非降水云系的微物理特征量,两者存在显著的差异,层状云要达到降水,云的厚度要达到近2000m;粒子尺度分布云粒子有效半径要达到10~14μm,降水性层状云低云含水量垂直方向上平均为0.03g/m3,中云含水量垂直方向上平均为0.05g/m3,;避光高层云-层积云、雨层云降水过冷水的最大值出现在距0℃层高度以上500m附近,其最大值分别为0.61,0.42g/m3;透光高层云降水过冷水的最大值出现在距0℃层高度以上300m附近,其值为0.28g/m3;云中水分按不同粒子尺度的分配可以看出,直径20、30μm的粒子含水量较高,对云中液态水含量的贡献较大,降水粒子主要由20、30μm的粒子转化;降水性层状云在垂直方向上的微物理结构特征非常明显,也是分层的。高层主要是冰相粒子,是冰雪晶,随高度降低冰雪晶的尺度增大,在4个典型温度层的观测中,液态含水量、云粒子及降水的浓度、尺度相较有很大不同。     

内蒙古中部一次春季透雨过程的云微物理特征分析

对典型飞机作业过程中云宏、微观物理特征的分析,有利于提高对云体的认识,为本地科学开展人工增雨作业提供技术支撑。利用2018年5月10日内蒙古中部地区一次飞机增雨探测资料及探空资料,对层状云降水微物理特征进行分析。受500 hPa高空槽与河套气旋影响,5月10日内蒙古中部地区形成稳定性层状云降水。降水性层状云中下部降水粒子、云粒子数浓度均较小,且云微物理量的垂直、水平分布均表现出明显的不均匀性,云粒子谱型呈单峰分布,总体上呈递减趋势;作业过程中63.53%的云水含量大于0.002 g·m^(-3),83.2%的过冷水含量大于0.010 g·m^(-3),过冷水含量在0.010~0.050 g·m^(-3),在层状云中温度较低的区域存在自然冰晶较小、过冷水相对较丰富区域,具有较好的引晶催化潜力。     

CPR雷达探测北半球夏季多层云系结构统计特征分析

利用2007~2010年北半球夏季（6~8月）CloudSat卫星搭载的云廓线雷达（Cloud Profile Radar,CPR）探测结果对0°~60°N区域单层、双层和三层云系的水平分布、垂直结构特征及各云层云类组成、云水路径等物理量分布进行分析。云量的统计结果表明CPR探测的单层、双层和三层云系的云量分别为36.63%、8.26%和1.40%,云量的水平分布表明其高值区主要位于对流旺盛区域,且高值区的云层云顶高、厚度大,而低值区则多位于副热带高压区域。对不同云类的出现频率统计分析结果表明,单层云系中各云类的出现频率相近;多层云系的上层以卷云为主,下层以层积云为主。对比海陆差异发现洋面卷云和层积云的出现频率显著高于陆面,但高层云和高积云的出现频率低于陆面。云水路径分析表明,单层云系的冰水路径和液水路径均最大,而在多层云系中云层越高、厚度越大、冰水路径越大,液水路径则随着云层的降低增大。     

A study of vertical cloud structure of the Indian summer monsoon using CloudSat data

Precise specification of the vertical distribution of cloud optical properties is important to reduce the uncertainty in quantifying the radiative impacts of clouds. The new global observations of vertical profiles of clouds from the CloudSat mission provide opportunities to describe cloud structures and to improve parameterization of clouds in the weather and climate prediction models. In this study, four years (2007–2010) of observations of vertical structure of clouds from the CloudSat cloud profiling radar have been used to document the mean vertical structure of clouds associated with the Indian summer monsoon (ISM) and its intra-seasonal variability. Active and break monsoon spells associated with the intra-seasonal variability of ISM have been identified by an objective criterion. For the present analysis, we considered CloudSat derived column integrated cloud liquid and ice water, and vertically profiles of cloud liquid and ice water content. Over the South Asian monsoon region, deep convective clouds with large vertical extent (up to 14 km) and large values of cloud water and ice content are observed over the north Bay of Bengal. Deep clouds with large ice water content are also observed over north Arabian Sea and adjoining northwest India, along the west coast of India and the south equatorial Indian Ocean. The active monsoon spells are characterized by enhanced deep convection over the Bay of Bengal, west coast of India and northeast Arabian Sea and suppressed convection over the equatorial Indian Ocean. Over the Bay of Bengal, cloud liquid water content and ice water content is enhanced by ~90 and ~200 % respectively during the active spells. An interesting feature associated with the active spell is the vertical tilting structure of positive CLWC and CIWC anomalies over the Arabian Sea and the Bay of Bengal, which suggests a pre-conditioning process for the northward propagation of the boreal summer intra-seasonal variability. It is also observed that during the break spells, clouds are not completely suppressed over central India. Instead, clouds with smaller vertical extent (3–5 km) are observed due to the presence of a heat low type of circulation. The present results will be useful for validating the vertical structure of clouds in weather and climate prediction models.     

西太平洋暖池和北京地区大气水特征的地基遥感测量

近十多年来,用地基双波长(0.85、1.35 cm)微波辐射计(和雨强计)分别在西太平洋暖池和北京地区对大气水做了多次高时间分辨率长时间连续监测,本文是这些资料的分析总结.文中定量给出了大气水汽(和云液水)的日、季节内、季、年、年际的变化和变化的地理差异;定量给出了大气三水(水汽、云液水和雨水)的季节统计分布特征和地理差异;得到了大气三水之间的定量比例,并得到了降水概率、降水效率和云中水循环次数等与降水过程有关的参量与多种大气水参量之间的统计关系,在一定程度上揭示了大气水循环特征.     

基于CERES资料的中国西南地区云水含量和粒子有效半径分布及变化特征

利用NASA/CERES发布的2001～2015年云参数资料,选取高层云、雨层云、层积云的云水含量和云粒子有效半径,统计分析了西南地区云参数的时空分布特征和变化趋势。结果表明:从年均空间分布来看,西南地区液水和冰水含量均东部高于西部,海拔低的地区高于海拔高的地区;高层云和雨层云液相和冰相云粒子有效半径在川西高原最大。从数值大小来看,雨层云液水和冰水含量最多,分别介于90～230 g/m2和100～300 g/m2,层积云最少,分别介于0～80 g/m2和0～60 g/m2;冰相云粒子有效半径高于液相2～6 μm。从季节分布来看,雨层云液水和冰水含量秋季和冬季偏高,夏季和春季偏少,高层云和层积云季节差异较小;液相云粒子有效半径均夏季最大。从变化趋势来看,西南地区各地液水和冰水含量均呈减少趋势,液相和冰相云粒子有效半径有呈减少或增加趋势。     

华东地区夏季云微物理结构的飞机观测分析

利用飞机搭载云粒子探头对2014年8月12-28日华东地区云的空间分布特征进行了探测,分析了云的垂直结构和水平分布特征,结合同时探测的气溶胶数据,探讨了云与气溶胶的相互作用关系。探测结果表明,安徽地区层状云云滴平均数浓度在24~297 cm^-3,液态含水量在0.04~0.13 g·m^-3,云滴数浓度随云底高度升高而减小,云滴粒径则随云底升高而增大。层积云(Sc)和雨层云(Ns)的云滴数浓度在云底最高,随高度上升浓度下降,液态含水量在云中部最高,云顶和云底处较低,高层云(As)云滴数浓度和液态含水量峰值均出现在云中上部。云的水平分布不均匀,云粒子双峰分布区域对应液态含水量高值区。Ns对气溶胶清除作用明显,清除方式以活化清除为主、碰并清除为辅。     

Case study of cloud physical and chemical processes in low clouds at Mt. Brocken

Frequency distributions of cloud base height and cloud type of low clouds observed between May and October 1998 at Mt. Brocken (Germany) have been derived from ceilometer measurements and synoptic observations. The summit at 1142 m a.s.l. was about 50% of that time in cloud. During daytime, Stratus clouds were the dominant cloud type (65%), whereas Cumulus clouds amounted to 27% and Stratocumulus clouds to 8%. Evidence was found that the increase of the cloud base height observed at Mt. Brocken continues since the end of the 1980s. An example for a clear anticorrelation between the liquid water content (LWC) of the cloud and the height above cloud base is shown. Other results of this detailed case study of a cloud event on October 8, 1998 concerning phase partitioning of water-soluble inorganic compounds, black carbon (BC) and organic carbon (OC) between the liquid and the interstitial phase will also be presented. The observed ion-specific increase in the solute mass per cubic meter of air with decrease of the distance between sampling position and cloud base was caused mainly by entrainment of air from the below-cloud layer. As expected, for sulfate, ammonia and nitrate, high scavenging coefficients (>0.8) were found. OC exhibits a high scavenging fraction of between 0.4 and 0.7; the value for black carbon (0.2–0.4) implies that soot was possibly to some extent internally mixed in the cloud condensation nuclei (CCN). Simultaneous measurements during a cloud event of HNO₂ and HNO₃ in the gas phase and N(III) and N(V) in the liquid phase were made for the first time.     

西北地区不同类型云的时空分布及其与降水的关系

利用1983年7月～2001年9月国际卫星云气候计划ISCCP D2的月平均资料，对西北不同区域不同类型云的云量和云水路径的时空分布及其与降水的关系进行了研究。结果表明:高原气候区是各种云出现最多的地区，特别是积状云的云量明显高于其他两区，但这些云的云水路径值低；西北地区大多数云云量的高值区出现在天山山区、北疆地区、陕西东南部和青藏高原的部分地区。高云和部分中云云量空间分布特征与降水有着较好的一致性:沿着天山—昆仑山—祁连山一带以及陕南和／或陇南地区是高值区，低值区在塔里木盆地—内蒙古西部戈壁沙漠—黄土高原西北部一带；绝大多数云类春夏季节云量维持较高，秋冬季节云量较少。云水路径值较大的层状云类的云量多寡与降水多寡相一致；积状云类和层积云类云量多少与降水没有一定的关系，在降水偏少时，这类云的云量大多与降水正常时相近，有些云的云量甚至比降水偏多时还要多。     

基于CloudSat卫星资料分析青藏高原东部夏季云的垂直结构

本文利用CloudSat卫星资料,对青藏高原东部2006~2010年6~8月云垂直结构的空间分布进行分析,结果表明:(1)夏季青藏高原东部云发展可达到平流层,且高原东部云在5km以下以水云存在,5~10km以液相和固相共存的混态存在,在垂直高度10km以上以冰云存在。由于CloudSat卫星资料云相的反演问题,可能会造成水云和混态云的发展上限偏低,冰云的发展下限抬升。(2)研究区整层水汽输送和云水平均路径空间分布存在一定的差异性,云水含量纬向分布表现为在26.5°~30.5°N附近存在一个明显的峰值区,经向分布表现为95°E以西云水含量低于以东。(3)研究区以单云层为主,尤其在青藏高原主体。单云层平均云层厚度4182 m,云顶高度、云厚限于水汽的输送,表现为由南向北波动下降。多层云发生频率在27°N以北明显减少,说明强烈的对流运动更容易激发多层云的产生。     

海盐气溶胶和硫酸盐气溶胶在云微物理过程中的作用

利用大气气溶胶和云分档模式研究海盐气溶胶和硫酸盐气溶胶在云微物理过程中的作用, 计算结果表明:云中液态水含量随高度的分布并不随海盐、硫酸盐的数目以及云团上升速度的变化而变化; 随着云滴数目的增加, 云滴的有效半径会减小; 硫酸盐对云滴数目影响起主导作用, 海盐在水汽相对充足情况下增加了云滴数目, 在水汽相对不足的情况下减少了云滴数目; 硫酸盐粒子浓度特别强的情况下 (人类活动污染比较严重时), 如果水汽相对不足, 云滴数目会明显小于硫酸盐粒子浓度; 而海盐粒子的存在, 加剧了水汽的供应不足, 从而可以在很大程度上进一步降低云滴数目。也就是说, 在有些情况下, 如果不考虑海盐气溶胶的作用, 硫酸盐气溶胶对云特性的影响会被过高估计。