春季吉林地区层状冷云中冰晶的形成与雪晶增长特点

1963年春季,利用铝箔取样技术对吉林地区的降水性层状冷云中的冰晶、雪晶进行了飞机观测。本文摘要给出云中冰晶与雪晶浓度的空间分布、雪晶形状和温度与晶体浓度的关系、雪晶直径随高度的变化以及在一次探测中观测到的雪晶谱的变化特点等观测结果。并根据这些资料对云中冰晶的形成、增长和云中固态含水量大小等问题做了初步分析。     

一次华北冬季弱降水系統的雪晶分析

雪晶形状与气象条件之间存在着一定的关系,用雪晶形状的观测可以反推高空气象条件,许多研究者多以此作为研究云和降水系统的一项工具,我们在研究华北冬春季降水过程的工作中进行了这种观测,本文描述1963年2月16日比较典型的华北弱天气系统降雪过程中的北京雪晶形状的变化序列,并对这个系统的云系结构进行了一些讨论。     

1963年4-6月吉林地区降水性层状冷云中的冰晶与雪晶

1963年4—6月,在吉林地区15次降水性层状冷云的飞行中,用铝箔取样器观测了云中的冰晶与雪晶,共取得432份样品资料。本文将利用这些资料,研究降水性层状冷云中冰晶与雪晶的一般特征。其结论有:(1)云中冰晶(直径为1.1—0.3毫米)的平均浓度为26.2个升~(-1),雪晶(平均直径为1毫米)的平均浓度为0.18个升~(-1);(2)浓度频率的分布较集中,大多集中出现于平均值的一倍以内;(3)云中冰晶与雪晶的平均状况与云顶温度及高度密切相关,云顶温度愈低,高度愈高,云中冰晶与雪晶的平均浓度愈大;(4)云中不同温度或不同高度处的冰晶与雪晶状况是不同的。     

CAMS三维对流云催化模式的改进及个例模拟

该文对CAMS原有的三维对流云模式(2000版)进行了改进,引入雪晶的比水量和数浓度作为预报变量,加进与雪晶有关的11种微物理过程,从而使模式的微物理过程更加完善,使其能更好的模拟对流云降水过程.通过对1996年北京雹云个例模拟,发现模式模拟云的多单体结构、回波顶高、强中心位置与雷达观测比较一致,并能很好的解释地面雹块结构的形成原因.对改进前后的模式计算结果进行对比分析发现改进前后动力场变化不大,主要是微物理过程产生的影响,同时该文还对改进后的模式进行了AgI催化模拟试验.     

自然云中冰晶生成的核化过程及雪晶对过冷云滴的撞冻

鉴于冰晶过程在自然降水形成中的作用十分重要,对冰晶形成的物理过程曾进行过大量研究。由于自然云中冰晶的生成受大气热力、动力学条件及微物理过程等多因子制约,因而在自然云中研究冰晶的形成过程有很大困难,至今有关冰晶生成的核化过程的外场研究仍极少。室内实验可以在控制某些云物理条件下进行,但有些条件(过冷云维持时间、过冷云滴谱等)很难进行逼真的模拟。雪晶对过冷云滴的撞冻是雪粒子的重要增长过程之一;有关雪晶对过冷云滴的撞冻效率,已持续进行多年的室内实验与理论研究。这些研究工作中,都对雪晶形状做了不同程度的简化,对自然云中的雪晶撞冻过程的研究仍极少。     

雪晶尺度与质量的相关

由于雪晶形态各异,冰在其所占空间中的充填程度有很大差别;因此,雪晶最大轴径与其质量的相关十分复杂。早在30年代已对此有过较系统的研究,经几十年来的不断补充,目前已对不同形态的雪晶,及其凇附程度得出一系列关系式。但由于雪晶     

宁夏层状云宏观和微观物理特征综合分析

利用1978-1990年间宁夏地区5-9月的飞机云物理观测资料,重点分析了无层积云的高层云宏观和微观物理结构.研究表明:(1)无层积云的高层云云底比有层积云的高层云云底略高,云滴谱小粒子的数浓度也较大.暖层中的大云滴浓度高于冷层,可为云滴的碰并增长和冰晶繁生提供一定的大滴,利于降水的形成.(2)含水量的垂直分布具有多个峰值,极大值位于云的中下部,有利于高层冰雪晶粒子下落过程中碰并增长.(3)高层云雪晶谱总体上呈单调下降型,尺度为0.3～0.6 mm的雪晶浓度达到最大,优势晶形以立体枝状、柱状和针状为主.用M-P分布N=N0exp(-λr)来拟合雪晶谱,系数N0为0.132,系数λ为2.681,相关系数r为0.975,拟合精度优于Γ函数N(r)=ar2exp(-br).     

北京北部山区两次降雪过程微物理形成机制的观测—模拟研究

降雪是北京冬季的重要降水天气过程,但目前对实例降雪形成的微物理机制的观测-模拟研究较少。本文利用中尺度WRF模式结合外场观测资料,对北京2015年1月24日和11月5~6日两次不同天气条件下的山区降雪云系的微物理结构特征及降雪形成的微物理转化机制进行了分析研究,定量比较了云中水凝物含量的比例和降雪形成机制的差异。研究结果表明:(1)由于两次降雪过程的天气形势和水汽输送有较大差异,导致降雪形成的微物理转化机制也出现较大差异。11月5日降雪第一阶段水汽输送较强,云中过冷水含量较高,降雪形成以凝华增长和凇附增长为主,地面表现为雨夹雪天气,而1月24日和11月5~6日第二阶段水汽输送弱,降雪形成以凝华增长和聚并增长为主,地面表现为纯降雪天气;(2)11月5日的雨夹雪天气过程中,云中不仅有冰晶(9%)、雪晶(72%),还有云水(6%)和雨水(12%)的存在,高层生成的雪胚在下落过程中主要通过凝华(78%)和凇附(20%)过程增长。而1月24日与11月5~6日第二阶段的纯降雪过程中,云中水凝物分布相似,以冰晶和雪晶为主,1月24日冰晶含量占28%,雪晶含量占72%;11月5~6日冰晶含量占11%,雪晶含量占88%,冰粒子主要分布在高层。首先高层6~12 km通过云冰转换生成的雪胚下落到低层水汽充足区,然后通过凝华和聚并过程增长,1月24日凝华增长过程占92%,聚并增长过程仅占5%;11月5~6日凝华占88%,聚并仅占3%。(3)垂直上升气流速度与冰晶、雪晶生成和增长过程呈正相关,上升气流带来充足的水汽,配合垂直运动使得雪胚增加,凝华、凇附凇附和聚并过程增强,导致雪晶含量增加。     

一个简单的雪晶辐射参数化方案及雪晶辐射对中尺度降水的影响

文章提出一个简单的雪晶辐射性质参数化方案, 并利用1998年6月8日华南暴雨资料研究了雪晶的辐射性质对于中尺度降水的影响。结果表明:雪晶的辐射性质对中尺度降水的影响是不可忽略的, 白天尤为显著; 它能够明显地改变中尺度降水的局部特征, 特别是降水中心的强度和位置, 而对降水的分布影响不大。因此, 建立独立的雪晶辐射参数化对提高中尺度模式对中尺度降水的预报能力是必要的。     

两类双参数云微物理方案对夏季强降水事件模拟能力的对比研究

运用中尺度WRF模式,分别采用Morrison(MOR)和Milbrandt-Yau(MY)双参数化云微物理方案,对2010年7月20—21日辽宁省的一次强降水过程进行模拟,通过对比分析两个方案所对应的地表累积降水量、降水强度、云中微物理量的模拟结果,评估两个双参数方案对强降水事件的模拟能力及主要微物理过程的差异。结果表明,在对雨带和强降水中心的位置上,MOR方案的模拟能力优于MY方案,但MY方案对强降水中心强度模拟能力则优于MOR方案;两方案对强降水宏观特征的模拟差异在一定程度上体现了它们在微物理具体方案上的差异,相比MY方案而言,MOR方案模拟降水发展期的垂直水汽通量高,使得雪晶的凝华增长、碰连增长增强,从而导致MOR方案的冰晶含量低,雪晶含量高,通过雪晶的凇附作用形成的霰含量也比MY方案高,霰的凇附增长消耗了大量过冷水,使冷云中云滴(过冷水)含量减少; MOR方案模拟得到的600 hPa到地表的雨滴直径均为1 mm,与实际雨滴直径的观测值不符,需要未来进一步开展研究,对原方案进行优化。     

新疆冬季降雪微结构及其增长过程的初步研究

1982年冬季在新疆乌鲁木齐地区,利用飞机、雷达、雪晶观测等手段对降雪云的微结构及雪粒子的增长过程进行观测。三次个例的分析结果表明:70％以上的雪水量是在2000m以下的低层产生的,云中存在高达60个L~(-1)的冰晶浓度高值区,云中已无液态水,据此推测凝华—聚并是雪增长的重要过程。文中还对高空锋面附近的雪带微结构及其做为引晶云的特征进行了阐述。     

一次降水过程的云微物理结构探测

１９９５年６月２９日利用机载ＰＭＳ仪器对一次降水天气过程进行观测,获得大量云微物理资料。利用这些资料对云微物理结构进行分析,并计算出层状云中含水量、浓度、平均直径的垂直分布以及雨滴谱和冰、雪晶谱的分布。     

冰雪晶仿物尔印模技术及机理

冰雪晶及冰雹块的结晶,在云雾物理的微观研究方面有重要意义。因为冰雪晶的形态是千变万化的,它们的基本形态与形成时大气环境的温度、湿度等有关。所以,人们可以据此逆推冰雪晶下降空间的温湿度情况。但是,要分析冰晶、雪晶的形态结构有种种困难。首先是在观测分析时,冰雪晶因温湿度条件的变化会继续发生升华、凝华以及融化等相变现象,从而改变其结晶形状,甚至破坏其在空中时的形态特征。这不仅会给分析造成假象,而且有时还会因融化成为     

1960年以来东亚季风区云-降水微物理的直接观测研究

云-降水的直接观测结果是云微物理参数化的重要依据。自1960年以来,处于东亚季风影响下的中国实施了大量对云-降水微物理参数的观测和研究,旨在加深对云-降水微物理过程的认识,从而改进数值模式中云微物理参数化方案和指导人工影响天气作业。云-降水微物理参数包括气溶胶、冰核、云滴、雨滴、冰晶、雪晶、冰雹等粒子浓度和谱分布,以及云滴、雨滴含水量等。中国已有云-降水微物理参数的成果可归纳为:(1)通常云-降水微物理粒子浓度变化较大,但总体变化有一定的范围;(2)采用Γ函数拟合云滴谱更接近实际谱,但不同拟合谱参数差异较大;(3)可用指数函数和Γ函数来拟合层状云降水雨滴谱,Γ函数拟合积云和层积混合云降水雨滴谱精度更高;(4)中国冰核浓度较高,冰核浓度随温度的降低近似成指数变化;(5)冰晶谱、雪晶谱、冰雹谱通常采用指数函数来描述;(6)通常使用荣格(Junge)和Γ函数来分段描述气溶胶粒子谱拟合误差更小。由于云-降水过程及其反馈作用描述不准确是数值模式预报结果不确定性的最大因素,中国正在不断地推进云降水的微物理观测研究,以期进一步加深对东亚季风区云-降水微物理特征的认识,从而为模式中微物理参数化方案的改进提供观测依据和科学指导。基于数值预报模式中云微物理过程参数化发展的需要,总结了中国1960年以来云-降水微物理直接观测的研究成果,可为东亚地区云-降水微物理研究及其模式参数化方案的改进提供观测依据。此外,针对云微物理参化发展的需求,结合过去已有的大量观测提出了几点建议,为今后云-降水物理综合性观测方案的设计提供参考。     

西岭雪山地形云人工增雪试验研究

为了开发西岭雪山地形云形成的空中云水资源,本文基于地基碘化银发生器工作原理,在西岭雪山山区布设合理的作业点进行远程遥控催化人工增雪作业,并利用PARSIVEL激光雨滴谱仪和自动气象站加密观测资料分析典型降水天气过程中人工增雪作业前后的雪晶谱与气象数据。结果表明:西岭雪山人工增雪作业时的地面风向风速对碘化银凝结核的入云效率和作业目标区具有较大的影响,降雪量最大可增加22%;可利用多普勒雷达速度场零速度线的变化和正负速度中心的分布确定人工增雪作业区域,并结合边界层风廓线雷达垂直气流分布判断最佳人工增雪作业时机;人工增雪催化作业后,雪晶浓度明显增大,浓度变化趋势与降雪量一致,但不同直径雪晶的浓度增加幅度不同,直径小于1.5 mm的雪晶浓度增长较快。     

降水微物理学的新探索

在雪暴期间,进行了降水率和雪晶通量的测量(H.Weickmann,1981)。降水率测量使用了一台水珠计(dew scale),水珠计将降水粒子收集在细丝网上,连续地测量增加的重量并记录在转筒上。测到的最大降雪量是5g/100cm~2,等于500g/m~2,即相当于0.5mm深的水,用后要清洗掉收集器上的积雪,以备下一步测量。雪晶通量的测量使用一架手按照相机同步进行。通过描绘降水率和雪晶通量随时间变化的曲线,获得了风暴的生命史。使人惊奇的是,两条曲线在某些范围内是成比例的。换句话说,降水率增大(减小)时,雪晶通量也增大(减小)。有趣的是,我们发现佛罗里达和新泽西州的平均降雨情况也存在着类似的关系。这种分析是根据伊利诺斯州水勘局在五十年代和六十年代执行与美国陆军签订的合同期间获得的大量资料作出的。我们还研究了1975年法国消雹试验期间收集的冰雹资料,也发现存在着这种关系。本文讨论了这些发现对了解降水机制的重要意义。     

基于高分辨率探测资料的降水相态错报成因分析

应用常规高空地面观测、风廓线雷达与地基微波辐射计资料以及NCEP 1°×1°再分析资料,对2016年石家庄初雪预报失误的原因及降水相态的演变特征进行了分析。结果表明:预报中采用的降雪阈值不能反映云中雪晶形成和增长的条件,提取雪晶下降过程中是否融化的温度阈值时所用的资料精度不高,以上两条是导致其预报失误的原因。风廓线雷达垂直径向速度可辅助判断降水起止及相态变化,降雨时3 km高度以下出现一致向下的径向速度,速度值最大超过1.5 m·s-1;径向速度数值减小到1 m·s-1以下且高度下降到1 km以下,可能预示着降水由雨转为雪。微波辐射计反演的温湿廓线因易对云中雪晶形成增长条件以及雪晶在下降过程中是否融化作出判断,故其可以应用于降水相态转变的临近预报。     

枝状雪晶碰撞攀附与折裂繁生

用机载粒子测量系统（PMS）对新疆冬季一次系统降雪进行了探测。结果表明:枝状雪晶间碰撞攀附形成雪团，一方面使直径大于3300微米的雪晶数浓度明显增加，另一方面又使直径700—3300微米的雪晶数浓度明显减小，同时引起了枝状雪晶的折裂繁生，使冰晶（18≤D＜3400微米）数浓度平均增加35%，雪晶数浓度平均增加10%。     

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。     

雪晶

冬季来临,我国大部分地区都会下雪。洁白的雪花,象银花朵朵,象玉屑缤纷,徐徐飘落到地面。小小的雪晶,以它变化多端的对称图案,早就引起人们极大的兴趣。这些美丽的雪晶是怎样形成的呢?它们的各种特征说明什么气象问题呢?