一次积层混合云系人工增雨作业的综合观测分析

综合利用多普勒天气雷达资料、FY-2E静止卫星反演云参数、MODIS极轨卫星反演产品和地面降水资料,对湖南2013年8月17日一次飞行作业的积层混合云降水结构及催化效果进行了分析。研究表明,作业云系以云顶温度较低的积层混合云为主。-10℃以上存在深厚的冰相增长带,云顶以冰相的大粒子为主;-10℃层以下,云滴的凝结碰并作用显著,冰相过程显著。光学厚度与地面降水有很好的正相关性,能很好地反映降水落区。回波垂直廓线表明,催化云系冷层厚度较大,0℃层附近液水含量较为充沛,降水以冰相过程为主。深厚的冰相层和冰水混合层的配置有利于降水的发生,在以冷云过程形成降水的位置进行催化作业,催化部位和时机较为科学合理。物理统计分析发现,催化后高层的回波强度率先增长,低层响应较为滞后,说明催化率先引起高层降水粒子的增长,雨滴增长下落后导致低层回波出现增长。相对于对比区,催化能引起回波强度和降水增强,并能相对延长目标云区的生命期,催化效果较为明显。     

一次飞机增雨作业的云参数变化响应分析

本文利用FY－2C静止卫星资料,以2013年5月8日四川盆地一次飞机增雨作业为例,反演了云顶温度、云顶高度、云粒子有效半径、液水路径、云光学厚度等云物理量参数,结合自动气象站资料和探空资料等,对此次飞机增雨效果进行了物理检验。结果表明:作业前,云顶温度－13℃,云粒子有效半径10μm,云体较厚,含有丰富的过冷水,具有较好增雨潜力;作业后,作业区云层增厚,云顶温度降低,云粒子有效半径增加至25μm,云顶冰晶化,冰水转化过程加快,产生了较多的降水,降水量增幅明显;作业后,对比区降水不充分,各云物理参数无明显变化。      

高纬地区一次飞机人工增雨作业综合分析

利用现代化人机交互气象信息处理和天气预报制作系统(Meteorological Information Comprehensive Analysis and Processing System,M ICAPS)常规数据、全球/区域同化预报系统耦合中国气象科学研究院的复杂云微物理方案(Global/Regional Assimilation and Pr Ediction System_Chinese Academy of M eteorological Sciences,GRAPES_CAM S)云模式产品及卫星数据反演产品等资料,基于云降水精细分析系统—东北版(Cloud Precipitation Accurate Analysis System_North East,CPAS_NE)平台,对2016年5月24日黑龙江省一次飞机人工增雨作业过程进行了分析。结果表明:在高空冷涡和地面低压的共同影响下,人工增雨作业目标区云层较厚、过冷层厚度较厚,且具有一定量的过冷水,同时雷达显示存在大面积片状层状云回波,具有较好的增雨催化潜力,云带深厚且垂直累积液态水含量较高时段为最佳增雨作业时段。人工增雨作业区与对比区的催化效果物理检验表明,作业效果在地面降水量方面表现明显,而雷达回波变化较小,卫星反演产品中作业区的黑体亮温温度降低较快、云顶温度有所下降、云顶高度略降低,宏观物理检验表明此次人工增雨作业催化效果较好。人工增雨作业后过冷层厚度降低表明催化剂消耗了云中的过冷水,光学厚度增加表明过冷水滴迅速增长成大滴,粒子有效半径在作业中降低表明催化剂在消耗云中的云粒子,利用反演的微观物理参数检验了此次飞机人工增雨催化作业的过程。     

河北春季一次飞机人工增雪的综合分析

2013年4月19日,河北省人工影响天气办公室在河北中南部地区根据云系特点首次采用多层次水平催化和垂直验证的方式对层状云进行人工催化和探测。本文利用机载仪器所取得的飞机探测资料,结合实时天气、卫星、雷达、探空和雨量观测资料,分析了河北春季层状云增雪作业的技术指标,探讨了航测微物理参量和卫星、雷达、探空等资料在作业中的应用。结果表明：云在发展期雷达回波由15 dBZ逐步上升到25-35 dBZ,卫星反演的云顶高度、云顶温度、有效粒子半径、光学厚度等都有增加;云在中后期有效粒子半径、光学厚度、液水路径迅速下降,雷达回波同时减弱。在高度3 177-5 723 m之间过冷云滴达100-700个/cm^3,含水量在0.01 g·m^-3左右,最大0.081 g·m^-3,云粒子主要在此增长,形成降水粒子,该区间适宜催化。作业后,影响区内云体发展,雷达回波增强,出现35 dBZ强回波,且强回波中心扩大;卫星反演的云顶高度、光学厚度等比对比区有明显增加。     

X波段移动天气雷达产品在人工增雨中的应用

2020年5月19日四川省绵阳地区实施了一次人工增雨作业,利用X波段移动天气雷达产品,对作业前后雷达回波和地面降水资料进行了对比分析。结果表明：反射率因子大于20dBz、垂直累计液态水含量（VIL）达到 0.3kg/m² 以上时,云层具备较好的降水条件,有利于实施人工增雨作业;增雨作业后,反射率因子最大强度、平均强度和降水回波面积都明显增大,回波中心 VIL 显著上升;利用对比区和影响区降水资料分析得到相对增雨率为 18.9%,绝对增雨量达 6.2mm,作业催化取得较好效果。     

一次雨夹雪降水过程人工增水作业 的综合观测研究

2013年4月19日,河北省人工影响天气办公室在河北中南部地区对回流和西风槽复合天气系统云系进行人工增水作业,催化和探测部位在槽前上升气流云层和回流云层中,这次降水特点：(1) 降水系统呈“槽前云”和“回流云”两层结构,大粒子主要在上层槽前云中增长;(2) “槽前云”温度和云顶温度较高,“回流云”温度低,固态降水粒子在“回流云”粘连增长加大地面降雪;(3) 大云粒子和降水粒子很多;(4) 小云粒子丰富,全谱拟合曲线lgN=algD+b的截距b＞2,适合催化作业。在分析云微物理特征的基础上,结合实时天气、卫星、雷达、探空和雨量资料,从多角度分析了层状云增水作业实用技术和催化的宏微观响应,结果表明：作业后影响区雷达反射因子、卫星反演参量和云内微物理特征量都有明显变化;催化影响区地面降水的变异通过了显著性分析,但作业前后影响区内外这一差异是否是催化效果需要进一步验证。     

液态CO2人工引晶后云微物理和降水变化的观测分析

根据飞机探测仪器观测到的云中粒子微观结构,结合卫星、雷达和常规天气资料,分析了人工增雨作业前后云的宏、微观物理结构和降水变化。结果表明,作业后影响区云中的冰晶浓度、雨滴直径比对比区有明显增加,云中过冷水减少;对比区降水回波强度和强回波区面积变化不大,而影响区最大回波强度增大,强回波区的面积扩大,降水增加。这与影响区云中降水粒子增多、直径增大是一致的,这些结果说明了液态CO2催化层状云的物理响应。     

河北一次降水层状云系结构和增雨条件的模拟研究

利用中尺度模式模拟结果和卫星、雷达、飞机、地面雨量站等观测资料,对2012年9月21日河北一次西风槽降水层状云系的宏微观结构和增雨条件进行了分析。结果表明:此次西风槽降水过程的影响系统为500 h Pa低槽和700 h Pa切变线,地面并没有伴随冷锋系统;西风槽云系不同部位具有不同云层性质和垂直结构特征,前端为高层冷云,云顶温度为-35℃,云体由冰相粒子和过冷水组成,没有暖云,有少量冷云降水;槽线附近云系为冷暖混合云,云顶温度为-20℃,云体最为密实,地面降水较强;槽后云系为低层液态水云,云顶温度为-5℃,有少量暖云降水;云水分布对应上升运动和高饱和区,高饱和区越深厚、上升运动越强,产生的云水值越大;利用模式过冷水含量、上升运动区、冰晶浓度、温度和逐时雨强对冷云催化增雨作业条件进行分析,槽线附近云系过冷水含量较多,存在强可播区,播撒高度为3.8~6.5 km,最适宜冷云播撒增雨作业。     

一次飞机人工增雨作业中云宏微观特征分析

该文利用机载激光云降水粒子探测数据、FY-2G静止卫星资料及其反演的云参量、上机宏观记录资料和当日08时探空资料,详细分析了2020年5月28日在贵州省西北部开展的一次飞机人工增雨作业过程中和作业后的云的宏微观物理参数。结果表明：①作业前拟作业区域有云系覆盖,云体亮度在-5~-14 ℃之间,云顶高度为3~4 km,云顶温度在0~-10 ℃之间。作业后3 h内云体亮温值明显下降,云顶温度降低至-30 ℃左右,云顶高度明显抬高,作业区5 km的范围有所扩大,表明作业后云体发展;②云降水粒子测量过程中发现,云粒子主要出现在5~6.3 km之间,降水粒子则主要存在于4~4.5 km之间,相同时刻所测量到的降水粒子比云粒子数浓度少1个量级。不同温度层级的粒子形态也不一致,0~-4.7 ℃主要是柱状冰雪晶,-6.5~-7.2 ℃主要是宽枝状、针状聚合体冰雪晶。     

典型层状云系催化试验的云物理响应研究

利用2003年秋季延安地区一次典型层状云系加密探空和实时雷达观测资料,设计了催化和对比探测方案,计算得出催化影响区及下风方可能采集到响应值的区域。按照设计方案进行催化和探测。云物理响应观测结果表明:PNS粒子探测系统检测到催化后30min,小云滴减少;大冰晶的浓度增加;催化前冰晶以片状为主,催化后可看到有霰坯;催化前大雪晶浓度很小,雪晶之间没有攀附;催化后雪晶浓度增加,且大雪晶增加很多,可明显看到几个雪团攀附在一起形成的较大雪团;雷达观测到催化前拟播撒区内云的回波强度较弱、范围较小,催化后云体明显增大,强中心增加了5～10dBz;催化约1h后影响区雨量均有增加,说明催化引入的人工冰晶,使冰晶凝结比水滴凝结更有利于过冷云水转化为降水,冰晶效应和雪晶攀附过程是这次层状云系降水系统中的主要过程。过冷水冻结释放的潜热,导致云内升速加大,使催化区云和降水得到发展。     

台风“温比亚”影响山东期间GPM资料的降水分析

为研究GPM（Global Precipitation Measurement）资料对台风雨带降水结构的探测能力,利用GPM卫星资料、地基雷达资料和地面降水实况对2018 年第18号台风“温比亚”影响山东期间的降水结构进行分析。结果表明：台风螺旋雨带造成的降水远大于台风外围云系产生的降水;台风螺旋雨带的雨顶高度大于外围云系的雨顶高度,基本在7 km以上,最大雨顶高度达到15 km;台风螺旋雨带及其外围云系都以层云和对流云降水为主,其中螺旋雨带中对流云降水所占比例高于外围云系,对流云的平均降水率是层云的3倍左右,对流云降水对应近地面降水率和雨顶高度的大值区;台风螺旋雨带的降水柱与外围云系中的降水柱相比,具有数量多、密度大、高度高的特点,这与台风螺旋雨带中对流发展旺盛有关;2A DPR数据产品对降水估测具有较好的指示意义。研究结果为用GPM产品估测降水结构提供了参考依据。     

基于区域历史回归法的雷州半岛火箭增雨作业效果检验

利用ERA5再分析资料,区域自动站雨量资料以及双偏振雷达基数据,采用区域历史回归方法,对2020年7月4日雷州半岛火箭人工增雨作业进行物理检验和统计检验。结果表明:作业后作业区域云系云冰含量大幅增加,强回波区面积增大,回波顶高度升高,平均回波强度显著增加。选取1971—2000年作业影响区和对比区逐年7月的平均日降水量资料作为历史样本建立回归公式,结合作业当天区域自动站的雨量资料,计算得出日降水量和作业后3 h累积降水量的绝对增雨量分别为11.07 mm和2.32 mm,相对增雨率分别为51.08%和38.73%,均通过了置信水平为α=0.05显著性检验。因此,雷州半岛开展人工增雨作业对缓解气象干旱,满足水库蓄水等有重要意义。     

湖南人工增雨云型的分析判别与多普勒天气雷达指挥系统的研制应用

对湖南主要人工增雨对象——积云和积层混合云作了多普勒天气雷达回波分析与判别,发现对流云在不同发展阶段回波特征有明显差异,而积层混合云持续时间长,回波特征变化小。综合分析回波强度、回波顶高、含水量、云顶温度、回波移速、回波面积等参数,得出湖南的人工增雨指标和评分规则,并依此建立地面人工增雨多普勒天气雷达指挥系统。它可实现实时指挥,发布作业预警信息以及作业方位角、仰角、用弹量等作业参数指令,结合作业点GPS信息及GIS地理信息将指导产品通过网络分发到各作业炮点。试验表明,它能有效提高对作业时机的预判能力、对作业对象的选择能力以及对实时作业的指导能力。     

基于CERES资料的新疆云物理参数时空分布特征

利用2011—2020年ERA5再分析降水资料、CERES云物理参数产品，分析新疆云参数的时空变化分布特征，归纳总结云物理参数与降水的相关性，结果表明：1）云水路径（冰相）值、云粒子有效半径（冰相）、云光学厚度与降水量的空间分布一致，均为山区最大，北疆次之，南疆最小。2）夏季（6—8月）在南、北疆、山区云水路径（液、冰相）、云顶（底）温度、云光学厚度与降水量呈同位相变化；云粒子有效半径（液、冰相）、云顶气压与降水量呈反位相变化。3）夏季（6—8月）北疆、山区的云水路径（液、冰相）值、云顶（底）温度、云光学厚度，南疆云光学厚度与降水量呈正相关；北疆云粒子有效半径（冰相），南疆云粒子有效半径（液相）、云顶气压，山区云粒子有效半径（液、冰相）、云顶气压与降水量呈负相关。     

人工增雨效果物理检验方法的建立及应用

本文针对基于多源探测数据的人工增雨效果物理检验,建立对比区选取的相似性度量系数（APC,Analogy Deviation-Pearson Correlation Coefficient）,建立人工增雨效果物理检验的无量纲化指数PIDI（Physical Inspection Dimensionless Index）方法。结果表明:（1）人工增雨效果物理检验PIDI指数方法,能够实现以相似性度量系数APC最大程度削减增雨作业催化云体及降水的自然变率影响,以无量纲化处理方法综合多种具有量纲差异的云物理探测参数,最终以一个百分数变化率的数值形式综合度量多种云物理参数的整体变化趋势及程度。（2）应用PIDI方法对2014～2019年24架次飞机增雨作业进行增雨效果物理检验。人工增雨催化引起作业后3 h的云顶温度、云粒子有效半径、光学厚度、液水路径、组合反射率、≥30 dBZ回波面积、垂直累积液态含水量7项指标平均变化率3.4%～19.6%。18次作业的小时降水量变化率呈0～58.3%的增雨效果,6次作业的小时降水量变化率呈?37.5%～0的减雨效果。多数增雨作业引起的云物理参数变化明显小于降水变化。（3）具有增雨正效果的18次增雨作业,人工催化引起多数作业的云顶温度、组合反射率、垂直累积液态含水量呈增加趋势,多数作业的云粒子有效半径、光学厚度、液水路径呈减小趋势。（4）利用飞机增雨个例对比PIDI指数方法与K值方法异同。对于降水量变化趋势的检验二者具有一致性。二者差别在于PIDI指数方法能够反映人工催化引起的所有检验指标平均变化率。     

高炮、火箭人工增雨效果统计检验方案设计中的几个问题讨论

基于理想化的人工增雨概念模型,分析了地面增雨作业效果检验试验区设计的基本特征,以及作业轮次、云系移动速度、催化云系对试验区中雨量点的覆盖率等因素对效果评估的影响,主要结果为：1）云系移动速度应该作为目标云选取的一个重要指标,它直接影响试验区的长度和作业点的布局,对效果评估也有很大的影响,不同移动速度的目标云系将人工增加的降水分散到不同的区域,增加了效果评估的难度。2）存在一段最短时间的雨量资料可以用于效果评估,它由试验区长度、作业时间和目标云移动速度共同决定。3）分别给出了作业时间与用于效果统计的雨量时间之比、催化云系对试验区雨量点的覆盖率影响相对增雨率的计算公式,据此定量分析了以色列Ⅰ随机试验资料,结果表明要评估出一定的相对增雨率,需要人工催化云系具有较大的增雨量,即较为显著地改变自然降水。     

2009年天津首场大范围降水过程分析

基于多普勒天气雷达和天气图资料,并结合卫星反演云参数产品,对2009年4月18日出现在天津地区的一次大面积降水过程进行了分析,探讨了多普勒天气雷达资料在降水过程中的图像特征和卫星反演云参数分布特点,研究表明:①此次降水是层积混合云降水,主要受到500hPa河套低槽的影响,并配合地面江淮气旋的北上影响;②多普勒雷达反射率因子图上呈现出比较明显的初生、发展、维持、削弱四个阶段的特点,风廓线资料比较完整;③MODIS卫星过境时间,天津地区云粒子有效半径均在15μm以上,出现频数最多的云粒子有效半径为25～27μm,大气可降水与自动站雨量站1h降水量的大值区对应较好。     

两次华南飑线卫星亮温特征与强对流天气分析

利用Himawari-8高时空分辨率红外亮温资料和ERA-Interim再分析资料,对比冷锋型和暖区型飑线个例("4·13"和"5·6")亮温特征与雷暴大风、地面强降水的关系,结果表明:(1)两次过程的云顶最低亮温、冷云区平均亮温差异小,但两次过程初生阶段云型不同,"4·13"与"5·6"相比,冷云顶面积较小、持续时间较短、移动速度较快;(2)"4·13"("5·6")的亮温梯度大值区主要位于冷云区东南侧(西南侧),与云团移动方向平行(垂直);两次过程雷暴大风与亮温梯度均具有较好的空间对应关系,亮温梯度增大超前于雷暴大风增强,可作为提前预警指标;(3)"4·13"地面强降水集中分布在低亮温区西侧,原因为风暴顶前移导致强降水与冷云区具有空间位置差异;"5·6"地面强降水则与云顶低亮温具有较好的对应关系。