冰雹的微观世界

前三张是一个以透明雹胚冻结形成的多层次的锥形雹块照片。①为俯射光拍摄,白色部分为不透明层,黑色部分为透明层;②为透射光拍摄,其黑色部分为不透明层气泡带;③为偏振光拍摄的冰晶晶体结构,在偏振光下可以看出冰雹在.     

云南一次典型降雹过程的冰雹微物理形成机理数值模拟研究

冰雹形成的微物理机理是人工防雹的重要科学依据,但对我国西南地区冰雹形成的微物理机理研究很少。利用中国科学院大气物理研究所三维冰雹分档云模式对云南2016年7月11日一次冰雹云过程进行了数值模拟研究,揭示了冰雹形成的微物理机理。此次冰雹云生成发展快,强度大,是西南山区典型夏季冰雹云。数值模拟的降水、降雹和回波强度等物理量与对应的观测量基本一致。模拟的冰雹云的最大上升气流速度达到28.7 m s?1。通过对冰雹形成的微物理过程分析研究表明,雹/霰胚的主要生成来源是通过过冷雨滴的概率冻结产生的冻滴,占95%,而冰晶碰冻雨滴产生的雹/霰胚仅占5%,这与国外和我国其他地区雹/霰胚产生的来源和冻滴所占比例有明显差别;形成的雹/霰胚直径多数集中在0.3 mm至3.0 mm范围,雹/霰胚主要通过对过冷云水的碰并过程实现增长,直径小于0.3 mm的雹/霰胚较难增长;大雨滴冻结成较大直径的雹胚,可促成短时间内形成冰雹;在雹云发展过程中存在短时的过冷雨水累积带,但过冷雨水累积带对雹/霰胚的增长贡献不大。     

青海东部一次强冰雹的微结构及生长机制研究

2004年8月18日青海省东北部大通、互助出现一次强降雹过程,利用多普勒雷达观测资料分析了冰雹云生长过程并利用现场观测的雹谱和收集的雹块进行了冰晶、气泡结构和同位素研究分析。结果表明:雹谱呈双峰型,雹块呈锥状,少数为椭圆体。冰雹切片中,雹胚以霰为主;雹块按生长方式分为四层,中间两层冰晶最长、厚度较大,表明这两个层次是这次降雹雹块的主要生长区,其生长高度较低、温度较高,生长厚度较大。锥形雹块的气泡以径向纹理为主,近似于椭圆形的雹块中的气泡以纬向纹理为主。雹块中的气泡浓度分布皆呈单峰型,气泡谱宽不超过100μm。雹块透明、不透明层气泡浓度不完全一致,有所起伏。对各层氘同位素的测量结果表明,雹块生长温度相应在-10.0~-24.0℃,生长高度相应在4.5~9.0 km(海拔高度),雹块在相对湿融的气层中,上、下翻滚增长,与冰晶分析的结果基本一致。     

青海东部一次强冰雹的微结构及生长机制研究

2004年8月18日,青海省东北部大通、互助出现一次强降雹过程,利用多普勒雷达观测资料分析了冰雹云生长过程;利用现场观测的雹谱和收集的雹块,进行冰晶、气泡结构和同位素研究分析,结果表明:雹谱呈双峰型,雹块呈锥状,少数为椭圆体。冰雹切片中,雹胚以霰为主;雹块按生长方式分为四层,中间两层冰晶最长、厚度较大,表明这两个层次是这次降雹雹块的主要生长区,其生长高度较低、温度较高,生长厚度较大。锥形雹块的气泡以径向纹理为主;近似于椭圆形的雹块中的气泡以纬向纹理为主。雹块中的气泡浓度分布皆呈单峰型,气泡谱宽不超过100μm。雹块透明、不透明层气泡浓度不完全一致,有所起伏。对各层氘同位素的测量结果表明,雹块生长温度相应在-10.0--24.0℃,生长高度相应在4.5-9.0km(海拔高度),雹块在相对湿融的气层中,上、下翻滚增长,与冰晶分析的结果基本一致。     

长江下游地区一次超单体降雹的切片分析

本文根据一次发生在1981年5月1日苏皖江北地区的超单体降雹的切片照片,分析了雹胚类型和雹块的层次特征,气泡分布和冰晶结构。结果表明,无论是透明层还是不透明层,都是湿增长层,因此这次超单体雹云中的冰雹是在湿增长条件下形成的。最后对在湿增长条件下形成透明层和不透明层的物理过程作了一些初步的说明。     

冰雹云中微物理过程研究

利用三维冰雹云模式通过实例模拟研究了云中冰相物理过程,结果表明,云中粒子产生有一源地,在雹云发展阶段早期,霰、冻滴,雹和雨水的极大产生率都位于6.0 km高度附近,这里是雹胚及冰雹形成的源区,从"利益竞争"概念出发,人工防雹的催化部位应在此高度附近;粒子产生高度与其源项发生高度及主要增长方式有关,粒子产生和增长过程在云的发展不同阶段也是不同的.在冰雹形成过程中,作为雹胚的霰和冻滴主要通过撞冻过冷水增长.撞冻增长占增长量的大部分,云中存在丰富的过冷水对冰雹胚胎和冰雹形成、增长都是十分重要的.在"冰晶-过冷水-雹胚-冰雹"这一链环中,没有过冷水参与很难形成强烈降雹.通过两例雹云的对比研究,发现若雹云云底温度降低和湿度增大,由于霰撞冻过冷水尤其是撞冻过冷云水增长量大幅度提高,霰的尺度加大,提高向冰雹的转化率,使霰胚数量大大增加.     

雹块微物理和雹云单体关系的初步探讨

雹块微结构中包含着有关雹块在云内生长情况和雹云本身的某些信息。它们之间的关系有些已被认识,更多的还没有被人们所认识。 为揭示雹块微物理和雹云单体的相互关系,1982年夏天我们在新疆昭苏地区开展了雹块微结构和雹云宏观特征的配合探测,取得了一定数量资料。本文根据同年7月4个降雹日(7日、13日、16日、19日)的雷达回波和500多个冰雹切片资料,着重分析了冰雹的胚胎类型,提出了比较细微的雹胚分类标准;并在这个基础上,研究了雹胚类型统计特征和雹云单体的关系,发现复合单体和弱单体的雹胚类型分布有着较明显的差别。     

一次冰雹云过程及其冰雹形成机制的模拟研究

利用常规气象资料和多普勒天气雷达资料,从天气形势和雷达回波演变特征等方面对2011年6月24日发生在洛阳嵩县的一次冰雹过程进行了分析,并利用三维弹性冰雹云催化模式对该冰雹云进行了模拟研究,分析其冰雹形成的物理机制。结果表明:本次过程在天气形势上属于下滑冷槽型。多普勒天气雷达资料上表现为单个单体的强对流风暴,最大反射率≥65 dBz,回波顶高达到14 km,降雹前垂直积分液态含水量具有明显的跃增;径向速度场上出现了大范围明显的逆风区。三维冰雹云模式对该冰雹云具有较好的模拟能力,模式模拟的最强回波与实况一致,雹云中含水量中心与强上升气流有很好的配置,在云的发展阶段,主含水量中心是强上升气流的指示。冰雹的雹胚主要来自冻滴和霰,在冰雹形成期间,冻结形成的冻滴和转化产生的霰数量上相差不大,但是冻滴向雹的转化比例却是霰的6倍,即在地面强降雹之前,雹云中的雹胚主要来源于冻滴;而冰雹的增长在前期主要靠收集过冷雨水,后期主要靠收集过冷云水;适量的冰晶、雪和丰富的过冷水的存在对雹的形成和增长极为有利。     

旬邑冰雹云的数值模拟及累积带特征

在中国科学院大气物理研究所三维完全弹性冰雹云模式的基础上,把雨滴冻结过程作了进一步改进,增加了雨滴冻结成霰的过程.并利用改进后的模式模拟了陕西省旬邑县1999年7月17日的冰雹云个例,发现该例雹云中冰雹胚胎主要是冻滴,在雹云发展的初期阶段雹云中存在过冷雨水累积带,并且该处是雹胚产生的主要区域,雹块的增长主要通过雹与云水的碰并过程增长.对旬邑县1997～1999年14例冰雹云过程的模拟结果表明,旬邑冰雹云中冰雹胚胎以冻滴为主,绝大多数冰雹云都存在过冷雨水累积带,累积带维持时间约6 min,厚度4 km左右.     

不同流型雹云中大雹增长运行轨迹的数值模拟

本文利用二维冰雹云模式,给出了相应的流场,设计了一个二维冰雹增长运行模式,分别对三种流型的冰雹增长运行轨迹作了模拟研究,结果表明:1.大雹的增长运行总是沿着相对水平风速零线旋转进入主上升气流区;轨迹距零线越近,冰雹长得越大;一旦远离零线,不是吹出云外,就是向下降落。2.冰雹的增长运行轨迹沿零线的上下旋转是形成冰雹多层结构的主要原因。3.形成大雹的雹胚起始出发点是位于主上升气流区外沿水平相对风速为零的区域内。     

含水量累积区与冰雹增长行为之数值模拟

利用三维冰雹云模式联合三维粒子增长运行模式,对一例具有累积区的雹云进一步展开研究.结果表明:(1)累积区既是雹胚和冰雹的形成区,也是二者初期的快速增长区,但并非主要的增长区;(2)源于累积区的雹胚粒子,至少要达到毫米以上才有可能最终长成中等以上大小的冰雹,而且初始粒径越大最终产生的大冰雹的尺度越大、数目越多;(3)大冰...     

关于冰雹的形成和预报简介

陕西是多雹地区,冰雹多在五——九月出现,它常给工农业生产和人民生命财产造成巨大损失,是我们必须研究并与其斗争的一种灾害性天气。冰雹是怎样形成的呢?简单地说就是近地面的水汽上升凝结成云,在云中形成许多过冷却大水滴、然后增长成冰雹。当然,实际形成的过程远比这复杂得多,但大致上主要有二种过程:一是霰粒→冰丸→雹块;另一种是大水滴→雹胚→雹块。     

西昌一次降雹过程的催化数值模拟

利用三维冰雹云模式对2013年4月29日西昌一次降雹过程进行催化数值模拟,根据碘化银的催化时间、催化高度、催化用量和催化方式开展一系列防雹试验。结果表明:选择合适的催化时间、催化剂量、催化位置及催化方式,可以达到最佳防雹效果;通过对催化例和未催化例的冰雹形成机制对比分析得出,在播撒碘化银后,激发了"有利竞争",雹块不能长大;霰胚的减少及冰雹碰并云水的减少,导致降雹减少。     

冰雹云垂直累积含水量密度与降雹大小的关系研究

垂直累积含水量（Vertically Integrated Water Content,简称：VIWC）包括单位底面积的垂直柱体内固态和液态水质量的总和,是以3D—Barnes方案插值的新一代天气雷达反射率因子等高平面资料,假定固态和液态水滴反射得到的反射率因子都满足由液态水滴引起的经验导出关系,将垂直积分改为离散求和的方式进行计算的。利用VIWC与云体高度之比计算垂直累积含水量密度（Vertically Integrated Water Content Density,简称：VIWCD）,用MAX函数逐个提取冰雹云在降雹时段内的最大VIWCD（简称;VIWCDmax）,采用统计和回归处理技术,对2004—2006年兰州新一代天气雷达监测到的54例冰雹云在降雹时段内VIWCDmax与地面最大降雹直径之间的关系进行了分析。结果表明：最大冰雹直径相同的冰雹云内部雹胚竞食成雹粒的数密度在降雹时段内基本相当,雹粒尺度是影响雷达反射率因子的重要因素,它决定了冰雹云的雷达回波强度和地面降雹的大小;冰雹云VIWCDmax与地面最大降雹直径之间存在函数式（6）的关系;冰雹云倾斜结构和雷达扫描模式是影响（6）式效果的2个重要因素。     

青藏高原东部冰雹形成机理的数值模拟

利用中国科学院大气物理研究所发展和改进的三维冰雹云模式,对青藏高原东部甘肃省玛曲县的一例冰雹云过程进行了模拟研究。结果表明:玛曲冰雹云中冰雹胚胎以霰胚为主;在地面降水中,固态降水占降水总量的46%,而霰占固态降水的65%,霰主要靠撞冻雨水和云水增长;雹云中存在较弱的过冷雨水累积带,累积带的维持时间也很短,累积带中的过冷雨水有利于雹块的增长,但不起主要作用;雹块的增长主要是通过雹撞冻云水,其次是撞冻雨水增长。     

不同云底温度雹云成雹机制及其引晶催化的数值研究

用二维准弹性冰雹云模式模拟了中国不同地区的冰雹云的成雹机制和人工引晶催化的效果,结果表明：强对流云中自然初始降水元的形成主要同云雨自动转化相关;云底温度较低的冰雹云的雹胚形成以云霰转化过程为主,暖云底的雹云则以雨霰转化为主。人工引晶的作用有三：（１）加强云中冰霰转化过程,雹胚过多争食防雹;（２）促进雨霰转化过程,使雹胚浓度增加,并且减少过冷雨滴,抑制冰雹碰冻过冷雨滴的增长;（３）使云的下部霰量增加,降低降水粒子的增长轨迹,阻碍霰雹的增长。多次催化有时比一次大剂量催化的防雹增雨效果好。     

冷涡背景下一次致灾超级单体雹暴过程的数值模拟

利用WRF模式,结合自动站观测资料、多普勒雷达资料和NECP再分析资料,对2018年6月13日山东中部一次冰雹天气过程的环流背景、触发和维持机制、雹云流场结构特征以及冰雹形成机制进行分析。结果表明:本次冰雹天气过程是在华北冷涡背景下,由中尺度地面辐合线触发生成的超级单体雹暴过程。降雨和下沉气流引发的地面冷池进一步增强了地面辐合;雹云顶端强辐散出流的抽吸作用是动力不稳定维持机制。WRF模式模拟的雹云具有有界弱回波、回波悬垂等超级单体特征。模拟雹云的成熟阶段0℃高度位于4km,超过40dBz的回波高度达到12km;在流场上主体为上升运动,且上升运动两侧存在上升→下沉→上升运动的转换,有利于冰雹的碰并增长。雪晶最初由过冷云水和云冰碰并生成,之后通过碰并过冷水转化为霰粒子,为冰雹生成提供了充足的雹胚。霰粒子和雹粒子在上升运动的带动下反复经过雹云中的过冷水累积带有利于自身不断增长并转化形成大冰雹。     

博乐冰雹的同位素分析

引言人类对冰雹的认识是从研究降落到地面的雹块开始的.起初,通过考察雹块的大小、形状、色泽等等,得到了雹块外观的一些初步知识.后来,通过测量雹块的密度,含水量,分析雹块的内部结构,获得了雹块的一些简单物理特征.但由于冰雹微结构所依赖     

爆炸防雹中的云微物理机制的探讨

在综合实验和观测结果的基础上 ,提出了能形成大雹的雹胚 ,在它运行增长中常会有一个下伸到 0℃层以下融化 ,又再进入主上升气流区上升到 0℃层以上再次冻结的过程。发生这一过程的位置是雹云的悬挂回波所在的冰雹胚胎帘区的底部 ,如果在这个位置利用爆炸引起由雹胚融化而形成的液滴破碎 ,会改变大雹的运行轨迹 ,从而抑制大雹的形成。同时还利用数值模式模拟研究了该机制 ,结果表明该机制是合理的。     

冰雹形成机制和催化防雹机制研究

利用文献［１］发展的三维弹性冰雹云催化模式模拟研究了１９９７年７月８日陕西省旬邑防雹试验区出现的一块冰雹云,分析其冰雹形成的物理机制,对雹云做了高度催化试验,研究了催化防雹机制。结果表明,９７％的雹块是以冻滴为核心增长的,在云中冰雹还未形成前,于强上升气流区的适当高度催化效果较好,而在上升气流极值高度,亦是高含水量区催化效果最好。催化使霰和冻滴的浓度增加,粒子质量减小,向雹的转化比例大为降低,因此雹块的质量和浓度都减小,达到了防雹的目的。