过冷层状云中飞机播云有效区域的模拟研究

根据飞机人工增雨作业个例 ,利用层状云中催化剂输送扩散的三维时变模式 ,对过冷层状云中播云产生的有效区域、催化剂水平输送和扩散速率等进行了模拟研究。结果表明 :(1)飞机播云 4 5min线长 32 7km ,投影有效面积和有效体积在播云刚结束时 (5 0分 )达到极大 ,其值分别为 70 7km2 和 2 98.0km3 ,有效扩展宽度和厚度为 2 .5 1km和 0 .4 2km ;(2 )有效作用时段为 2 0～ 80min ,其间的投影有效面积平均值为 5 13.3km2 ,平均有效扩展宽度和厚度分别为 2 .4 1km和 0 .4 5km ;(3)在扩散作用下 ,投影有效面积和有效体积先随时间不断增加 ,达到极值后逐渐减小 ,播云结束 (5 5分 )后 ,云中的有效区域消失 ,其间的投影有效面积平均值为 389.7km2 ,平均有效扩展宽度和厚度分别为 2 .34km和 0 .4 4km ;(4)云中催化剂水平输送 1h的平均值达到 6 5km ,仅与风场有关。催化剂扩散速率 1h平均为 0 .82m/s,与风、温、湍流有关 ;(5 )在飞机增雨作业时 ,飞行方案的设计必须是严格科学的 ,以便进一步提高人工增雨的实效     

一次飞机冷云增雨作业效果检验

最近60多年,全球范围内广泛开展了人工增雨作业,但人工增雨效果检验一直是个难题。传统上,利用雨量计和目标/对比区统计数据评估人工增雨效果,结果大多不确定。对一次人工增雨作业而言,从科学上给出令人信服的效果检验更是没有好的解决方案。2017年3月19日,陕西省实施业务飞机冷云增雨作业播撒含有750 g碘化银（AgI）的催化剂,播撒线长125 km。作业后卫星、雷达观测到一条与播云线对应的清晰的云迹线,地面雨滴谱仪观测到相应的雨强、雨滴数浓度、雨滴直径增大,表明播云使云体产生了增雨响应。针对这次增雨过程,从连片雷达回波中分离增雨作用造成的回波增强带（增雨影响回波）和确定了自然降水回波强度,建立增雨影响回波强度（Z）与地面雨强（I）的拟合关系（Z-I关系）,定量研究人工增雨的时、空演变。结果表明:（1）增雨影响时间约4 h,增雨影响回波区域（增雨影响区）面积为5448 km2。该区累计降雨总量和增雨总量分别为1.518×106 m3和8.04×105 m3,增雨影响区内增雨率达53%。（2）总降雨量、增雨量、自然降雨量随时间先增后减,总降雨量与增雨量的峰值同步,两者峰值都早于自然降雨峰值;催化后146 min （04时47分,世界时,下同）,每6 min增雨量达到最大,为4.9×104 m3;催化后174 min （05时15分）,增雨雷达回波面积达到最大（1711 km2）,面积峰值滞后增雨量峰值出现。（3）增雨影响区位于播撒线下游,呈条带状;区域内总降雨量空间分布为中间大边缘小,与增雨量空间分布一致。（4）此次增雨作业改变了降雨时、空分布,促进降雨形成,增加了地面降雨量。      

人工增雨对密云水库Ag等化学组分影响研究

针对作业期(5～9月)在密云水库上游汇水区开展以飞机播撒AgI催化剂为丰的人工增雨试验,在水库与白河入口处2个采样点对水质进行定期连续监测,利用2004年6月至2006年12月监测数据,发现2个采样点所测组分与变化趋势大致相同;分析了水库水质Ag变化特征,得出Ag月变化在作业期间波动较大,其平均值作业期间低于非作业期间,并呈现逐年下降趋势.化学特征2个采样点无明显差异,阴离子SO42最高,其次是CI-和NO-3;碱金属Ca,其次是Mg和Na浓度最高.人工增雨后,水库蓄水量虽然增加但水库水质未发生明显变化.     

两次飞机增雨作业过程数值模拟分析

利用国家气象中心GRAPES业务模式耦合混合相双参数云微物理方案,对2010年12月15日的两次飞机人工增雨作业过程进行了催化数值模拟分析。分析得出:GRAPES模式基本能给出正确的中低层天气形势场和降水的动力结构,较大降水的落区和范围基本可信,降水强度较实况偏小;按照作业实况进行催化模拟具有一定的可信度,与实况降水在较强降水区域有较好的对应性;两次播撒都取得了增加降雨量的效果,24 h平均增雨量在3~5 mm,最大增雨量达7 mm,两次播撒后增雨作业区的累计降水总量较未播撒时增加约一倍;播撒有效时段在4 h内,播撒后1~2 h雨量增加最大,增雨区域初期与播撒区域一致,随时间延长而在播撒区附近扩散;第一次播撒时,播撒冰晶消耗液态水,转化成固态水,水汽流入速度加快,向液态水转化加快,液态水迅速恢复,未出现减雨现象;第二次播撒时,云中固态水争食水汽增长,液态水得不到补充,云中上升运动减弱,自然降水阶段出现减雨现象。     

锡林郭勒盟2020年6月21—22日飞机人工增雨作业个例分析

文章利用常规观测资料、NCEP再分析资料、自动气象站观测资料和锡林浩特多普勒天气雷达产品等分析了2020年6月21—22日锡林郭勒盟一次明显降雨天气过程,以及飞机人工增雨作业效果。结果表明:(1)在天气形势和作业条件适宜的情况下,对系统云系播撒催化剂,促使大量的人工冰核迅速形成冰晶,使云中过冷水转化为降水。(2)飞机人工增雨作业后,作业区及下风方向的降水回波强度稳定或加强,回波面积明显扩大。(3)自动气象站雨量观测资料分析得出,飞机人工增雨作业使得飞机作业区及下风方向区域的降水范围及降水量均增大,增雨效果能维持3～6 h。(4)在有利的天气背景下,K指数为22～28℃,SI指数为0～2℃,比湿为8～12 k·kg-1,云顶温度在-15～-50℃,飞机人工增雨作业时间段内,云体较厚,含有丰富的过冷水,这种低能量高湿度且有较厚云体,具备了好的增雨潜势,适于开展飞机人工增雨催化作业。     

青藏高原中东部气溶胶特征的飞机观测

利用2011年和2013年夏秋季在青藏高原中东部开展的11架次气溶胶特征飞机观测数据,分析气溶胶数浓度、数谱及核化相关特征。结果表明:受天气系统、地形和地表影响,观测区内气溶胶数浓度（N_a）和体积直径（D_v）的垂直和水平分布差异较大,N_a呈西北高、东南低,D_v低层大、高层小,局地中高层有沙尘。格尔木盛行东风时,云降水对低层气溶胶有清除作用,N_a和D_v明显降低,6.2 km高度和7.2~7.4 km高度的中高空受高原大风或对流影响形成沙尘;盛行西风时,低层D_v以0.5~0.8 μm为主,随高度升高和风速增大N_a升高,D_v变幅较小,6.2 km高度也有沙尘;不同天气系统影响下6.5 km高度以上均输入亚微米颗粒,N_a达5×103 cm-3,8.0 km高度盛行东风时比西风时N_a更高,D_v更小,谱垂直分布也有以上特征,整层输入以偏北或偏西路径为主。不同过饱和度测量云凝结核数浓度（N_ccn）表明,除格尔木6.0 km高度以下核化率（N_ccn/N_a）在21%~47%外,其他观测区平均核化率介于1%~16%,6.0~8.5 km高度的核化率总体偏低;当N_a增加时核化率明显下降,且过饱和度1%~2%,-15~-5℃层或粒径1~3 μm时的核化率相对偏高。     

关中、延安地区适宜人工增雨的时段及层状云雷达回波模型

分析了关中、延安地区1991—2001年4个雷达站附近15个气候观测站≥5mm降水过程的时空分布及降雨性层状云雷达回波特征。关中适宜人工增雨的时段为2月10日至11月15日,陕北为2月25日至11月10日。陕西降雨性层状云0℃层高度变化范围为3．63～5．03km,平均高度为4．65km,降雨性层状云融化层强回波区厚度为0．4～1．0km之间。总结出适宜人工增雨的稳定性层状云和混合性层状云雷达回波模型。     

2013年内蒙古中部地区飞机增雨过程中云水资源特征分析

利用NCEP再分析资料、地面观测等资料,探讨了2013年内蒙古中部地区飞机增雨过程云水资源特征,并通过对比分析给出了适合飞机人工增雨作业的空中水汽和水凝物背景特征。结果表明:(1)夏季,单位面积地区上空整层大气水汽含量在30mm以上、云水含量2.0mm以上、小时凝结量在1.0mm以上时有利于实施增雨作业。有利作业过程水汽通量较大,作业区大部为较明显的水汽辐合,准饱和区水平范围较大,垂直方向准饱和区厚度在3.0km以上,云底高度在1.0km左右。(2)对于一次天气过程,水凝物总量为水汽总量的10%左右,源源不断的水汽输入与凝结是过程中水汽和水凝物的主要来源,有利于作业天气过程的水凝物含量明显偏多。文章的结论对内蒙古中部地区飞机人工增雨作业具有参考意义。     

切变线型降水的增雨潜力与数值模式分析

针对人工增雨作业前缺少微物理资料确定人工增雨潜力区的问题,文章利用欧洲细网格资料、地基微波辐射计资料和飞机探测资料,根据人工增雨前所需具备的动力条件、水汽条件、可播区条件,分析了层状云切变线型降水人工增雨潜力区的宏观判据。结果表明:欧洲细网格模式预报大气可降水量、低云量、比湿最大值、气柱总含水量和850 hPa比湿与降水的演变趋势一致,大气可降水量预报平均值为43.0 mm,气柱总含水量预报平均值为33.0 kg·m-2,850 hPa比湿预报平均值在6.4 g·kg~(-1)时,有利于人工增雨作业的实施;模式探空资料反映的湿层(相对湿度≥80%)高度与厚度、e-Ei反映的冰水转化区与T-T_d反映的准饱和湿层的垂直分布,可确定人工增雨作业的合适时间与最佳播撒高度;欧洲模式预报对判定人工增雨潜力区和降水过程有良好的指示意义,与地基微波辐射计和飞机的探测结果较为一致,模式预报产品与观测资料结合为判定人工增雨作业潜力区提供了指导。     

大连市冬季大气污染数值模拟及其对人工增雨(雪)作业的指示作用

利用国家环境保护部大气污染指标和常规气象观测资料,结合区域空气质量模式系统(Weather Research and Forecasting-Community M ultiscale Air Quality,WRF-CM AQ)的模拟结果,对2015年12月大连市大气污染过程的气象要素和气溶胶的时空分布特征进行了分析,并对大气污染天气条件下有效开展人工增雨(雪)作业进行了初步探讨。结果表明:2015年12月大连市出现5次大气污染过程,累积污染日数为13 d,占12月总日数的41.94%,且日平均最低能见度为2.27 km。出现大气污染时,近地面温度均略有升高,大气层结稳定,因此,实施人工增雨(雪)作业时,宜选用增雨火箭和增雨飞机,从而保障催化剂可以播撒到高效核化层高度(-15℃~-10℃);同时,模拟结果表明,污染天气条件下一定量的细颗粒物在大气各种扰动下可以扩展至3.00 km以上,对具有增雨(雪)潜力的冷云实施作业时,应考虑催化剂量在常规作业剂量基础上适当减少。通过对2015年12月大连市的一次重度大气污染个例分析发现,大连市形成重污染的大气气溶胶物种主要为硝酸盐、铵盐和硫酸盐,其中硝酸盐占比最大,可以达到51.27%,说明除了相关工业源和燃煤排放,交通源排放也是大连市主要的大气污染源之一。     

稻茬冬小麦不同播种方式和播种量试验研究

稻茬冬小麦不同播种方式和播种量试验于2008—2009年度在江苏省农业科技综合展示基地(宿迁点)进行,试验共设计4种播种方式和3个播种量水平,研究分析不同播种方式和播种量及气象条件对稻茬冬小麦生长发育、抗逆性和产量的影响。结果表明:播种方式和播种量对冬小麦的生长发育及产量有显著影响,在生产实际中应结合具体情况采取适当的播种方式,播种量水平以每亩20万株左右基本苗较理想。在粳稻收获较晚,冬小麦无法适期播种时,可以采取稻田套播方式,播种量要适当增加;籼稻腾茬早的,可以选择收获后7 d左右人工撒播或条播;在茬口和气候等条件适宜的情况下,尽可能采取水稻收获后2 d左右进行冬小麦播种。条播能更充分的利用光温水等气候资源。     

稻茬冬小麦不同播种方式和播种量试验研究

稻茬冬小麦不同播种方式和播种量试验于2008—2009年度在江苏省农业科技综合展示基地(宿迁点)进行,试验共设计4种播种方式和3个播种量水平,研究分析不同播种方式和播种量及气象条件对稻茬冬小麦生长发育、抗逆性和产量的影响。结果表明:播种方式和播种量对冬小麦的生长发育及产量有显著影响,在生产实际中应结合具体情况采取适当的播种方式,播种量水平以每亩20万株左右基本苗较理想。在粳稻收获较晚,冬小麦无法适期播种时,可以采取稻田套播方式,播种量要适当增加;籼稻腾茬早的,可以选择收获后7 d左右人工撒播或条播;在茬口和气候等条件适宜的情况下,尽可能采取水稻收获后2 d左右进行冬小麦播种。条播能更充分的利用光温水等气候资源。     

Planning cloud seeding research

Summary It is suggested that a theory of cloud seeding needs to be developed before seeding experiments can be properly planned and assessed. This theory will arise from improved knowledge of cloud processes gained by the study of natural clouds. Some techniques used in observing shower clouds in Sweden are described, and some preliminary results mentioned.

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Zusammenfassung Es wird die Ansicht vertreten, daß eine Theorie des Cloud seeding entwickelt werden muß, bevor die diesbezüglichen Experimente in vorteilhafter Weise geplant und ihr Effekt abgeschätzt werden können. Diese Theorie hat sich aus einer Verbesserung unserer Kenntnisse über die Vorgänge in den Wolken durch die Ausführung entsprechender Beobachtungen in der Natur zu ergeben. Einige Verfahren, welche bei der Beobachtung von Schauerwolken in Schweden angewendet wurden, werden beschrieben und einige vorläufige Ergebnisse werden mitgeteilt.

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Résumé La nécessité de développer une théorie de l'ensemencement des nuages avant que de pouvoir projeter et analyser de telles experiences est démontrée. Cette théorie se déduira d'une connaissance améliorée de la physique des nuages, acquise par l'observation directe. Quelques procédures employées, au Suède, pour l'observation des nuages d'averses sont décrites et quelques résultats préliminaires sont mentionnés.

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With 3 Figures.     

资阳玉米关键期降水保证率分析及适播期探讨

本文利用简阳、乐至、雁江、安岳4站点1961～2006年46年降水资料,以资阳玉米关键期(抽雄前20天)需水指标为依据,分析了5～7月逐时段(20天滑动累计)的降水保证率分布特征,进而探讨了资阳玉米种植气候适播期布局.结果表明,玉米播期安排在4月中旬前后,需水关键期遭遇干旱风险相对较低.     

资阳玉米关键期降水保证率分析及适播期探讨

本文利用简阳、乐至、雁江、安岳4站点1961~2006年46年降水资料,以资阳玉米关键期(抽雄前20天)需水指标为依据,分析了5~7月逐时段(20天滑动累计)的降水保证率分布特征,进而探讨了资阳玉米种植气候适播期布局。结果表明,玉米播期安排在4月中旬前后,需水关键期遭遇干旱风险相对较低。     

Environmental aspects of cloud seeding

The estimates are presented of the possible level of environmental pollution with reagents resulting from precipitation modification by cloud seeding. It is demonstrated that the amount of reagents (crystallizing reagents based on silver iodide (AgI), cooling reagents, and powder reagents) injected to the clouds does not exceed the level of inflow of these chemicals to the atmosphere from natural and anthropogenic sources. These data and the data on the pollution level in the areas where AgI is actively used, allow stating the extremely low impact of cloud seeding on the environmental pollution. No change in the precipitation regime was detected in the regions adjoining the areas where weather modification experiments on the meteorological protection of megalopolises were conducted.     

Numerical study of the cloud seeding effects

The microphysical model with the bulk water parameterization is applied to simulated both contact and deposition nucleation as well as the imersion freezing for unseeded cases and the cases immediately after seeding performed for the cold continental Cb clouds with small cloud droplets. The injection of agent AgI is performed in temperature region between –8°C and –12°C. The four groups of sensitivity experiments are executed.

On mechanism of hail cloud modification by seeding

The hail cloud modification is carried out by means of the cloud seeding with AgI particles of submicron sizes, in order to create nuclei competing with the natural ones for supercooled liquid droplet water, or in order to accelerate precipitation generation. However, scientific research confirmed a primary role of giant and supergiant particles in generation of nuclei of convective precipitation and hail. Such particles occur also at high levels (5 km and more). As the cloud and precipitation particles grow mainly through coagulation, one can hardly expect a high success from the cloud seeding with AgI submicron particles for hail suppression. In the hail process modification, the Ag particles settle down not at the nuclei but in the hailstone layers. So, AgI is spent not for additional hail nuclei creation, but for intensification of coagulation growth of natural cloud and precipitation particles. This can represent one of the main mechanisms for cloud modification.     

冬小麦保护地最佳播期模式试验

选择耐寒冬小麦品种，采取分期播种及平行观测的方法，研究了小麦壮苗安全越冬的措施。以温度为指标确定了保护地的最佳播期和小麦越冬前需积温。     

LC播撒设备研制与播撒试验

研制出一套适于陕西播云作业的液态二氧化碳(LC)播撒设备，开发LC催化技术方法，通过试验得出最佳播撒速率，提高作业效果；根据播云作业需要提出技术指标，并进行地面、空中试验(包括静态、动态试验)。结果表明：LC的纯度是决定喷撒质量的关键；当环境温度较高时LC小粒子浓度较高，谱型较窄，当环境温度较低时粒子谱明显拓宽，峰值浓度降低；地面使用0．6mm喷头，喷撒速率为10～12g／s，喷头距离激光束为10cm时，PMS粒子测量系统检测到LC粒子谱宽在0．5～175pm之间，小粒子平均总数密度为146个／cm^3。冰雪晶平均总数密度为71个／L；陕西春、秋季适宜催化的降水云系云体温度较高，LC宜作为播云首选冷云催化剂。当播撒率为10～12g／s时，作业数分钟后．机载PMS粒子测量系统和地面雷达检测到云物理响应参数与云的本底值对比分析证明：播撒LC有利于云水向雨水的转化，催化效果较好。