绥中冰雹云过程的数值模拟

1 引言 冰雹云过程是一种强对流过程,危害很大,尤其对农业的危害更大。从1989年到1991年,辽宁省人工增雨防雹办公室、中国气科院人工影响天气研究所和绥中县气象局联合在绥中进行冰雹云的探测工作,获得了17次冰雹云过程的探测资料。本文采用一维时变积雨云参数化微物理模式,对1989年和1990年发生在绥     

一次右旋风暴三维结构分析

认识冰雹云结构和冰雹形成的物理过程,是有效地进行人工防雹试验的基础。为了逐步加深对冰雹云结构的认识,我们于1977年8月6日在昭苏县防雹现场,用一部711型测雨雷达和一部701测风雷达,同时对一次冰雹云进行较细致的探测,并对探测结果进行初步分析。     

冰雹云RHI回波V形缺口形成物理机制

1 引言国内外应用雷达探测冰雹云和人工防雹试验中,曾观测到雷雨云RHI回波多是柱状,单体冰雹云回波也呈柱状,云体比雷雨云宽,砧状回波比较明显,强冰雹云有悬挂回波、穹窿、回波墙.这些已为人们所知和应用。 2 V形缺口(RHI)回波的观测我们于1989～1991年在辽宁省绥中县进行人工防雹过程中,应用雷达对冰雹云回波结构进行了观测和研究. 1989年9月4日雷达探测李家乡附近冰雹云降雹时段的RHI回波,回波顶高为9.6km,宽为25km,强回波顶高为6km,观测到回波顶部有一个非常明显的V形缺口,见图1。     

一次冰雹过程人工催化的数值模拟试验

利用二维雹云模拟济南地区１９９６年７月２４日出现的一次冰雹过程，模拟结果表明对雹云２６个主要微物理过程双参数化较细致地描述对流过程的热，动力反馈和微物理特点２。根据计算结果，对该次冰雹过程进行了ＡｇＩ催化试验，结果得出在云发展初期对暖底雹云实施高浓度的冰晶催化，可起到减少地面冰雹和增加地面降水的作用。     

局地冰雹防御效果分析

利用2000年5月22日一次局地性冰雹过程的雷达回波资料，对防雹作业前后的回波进行对比分析，结果发现，作业后强回波面积明显减小、高度明显降低。说明人工防雹作业能够有效地遏制雹云发展，减轻或防止冰雹灾害。     

川西地区一次人工防雹的分析与研究

人工防雹是指为避免或者减轻冰雹引起的气象灾害,在适当的天气条件下,通过人工干预,对冰雹云的物理过程进行影响,实现防雹活动。本文对雅安市汉源县2016年5月6日发生的一次冰雹过程进行人工防雹作业,通过分析人工防雹作业前的天气背景,作业情况和冰雹实况,以及利用雷达、卫星、雨量来分析防雹效果,并对如何提高本地防雹作业效益提出一些针对性的对策建议。      

冰雹形成过程及人工防雹研究综述

冰雹作为一种短时强灾害天气,常给农业、建筑、电力、交通甚至生命财产等造成严重影响,人工防雹也因此受到人们的广泛关注。文中首先介绍了冰雹形成机理和雹云物理研究情况,然后围绕人工防雹机理、技术、科学试验及效果评估这4个方面的研究进行了评述,旨在从理论和实践上总结人工防雹工作的进展,增进对人工防雹科学问题的认知,从而为促进中国人工防雹理论研究和技术进步提供借鉴。研究表明:（1）“累积带理论”和“循环增长理论”是冰雹形成的最常见理论,限于早期的雷达观测技术和缺乏完整的冰雹数值模式,早期认知的冰雹形成机理存在一定的局限。（2）雹胚一般分为冻滴胚和霰胚,冻滴胚由过冷雨滴冻结而成,霰胚则是冰晶、雪花撞冻生长而成。冰雹云中哪种雹胚占优势,主要看云底温度的高低。雹云的发展依赖于水汽条件、动力不稳定条件、风垂直切变等关键因子。（3）人工防雹主要遵循“播撒防雹”和“爆炸防雹”2条技术路线,“利益竞争”和“早期降雨”是常见的6种防雹原理假说中最广泛被用来作为防雹作业设计依据的2种播撒防雹理论。（4）人工防雹技术上多采用通过飞机、地面火箭、地面燃烧炉等向云中播撒人工冰核,或通过地面高炮向云中发射含人工冰核的炮弹等方式,影响冰雹的生长过程从而达到抑制或削弱冰雹生长的目的。（5）大量外场试验证明人工防雹效果有较大的地域差异,需根据各地冰雹云特征及其降雹特点制定和发展本地适用的人工防雹技术体系。（6）人工防雹效果检验仍然是制约人工防雹技术发展的一个“瓶颈”,目前常用的统计检验、物理检验和数值模拟检验技术方法均需要进一步改进和完善。由于雹云变化迅速、降雹过程短促,人工防雹技术实施的时效性以及防雹效果评估仍存在较大的困难。今后应更多地借助多种探测设备进行冰雹云的精细化探测,开展有科学设计的人工防雹外场综合试验,运用统计检验、物理检验和数值模拟相结合的综合检验技术方法评估防雹效果,推动人工防雹事业进一步快速发展。      

应用雷达回波检验人工增雨效果的个例分析

利用713-C型雷达对1次飞机增雨过程进行了跟踪探测，发现有利于人工催化的云区(20dBz），经过人工催化作业后回波增强到30dBz并产生增雨。也有一部分云区(小于20dBz)虽然也进行了人工催化，但无明显增雨效果。     

三维对流云催化数值模式人工冰晶参数化方案的改进与个例模拟试验

在中国科学院大气物理研究所的三维全弹性对流风暴云催化数值模式(简称为IAP-CSM3D)的基础上,对模式中催化部分的参数化方案进行了改进,推导出人工冰晶与其它粒子之间相互作用的微物理过程的参数化方程。改进后的模式将催化产生的人工冰晶单独作为预报量进行处理,把人工冰晶与自然冰晶区分开,且考虑的人工冰晶谱型为双参数粒子谱,使模式更符合实际。利用改进后的模式模拟了2005年7月8日发生在辽宁省朝阳市的一次冰雹云天气过程,着重分析了催化云人工冰晶的微物理过程、空间分布和谱型,以及对冰相降水粒子的贡献。数值试验表明,自然雹云模拟结果与观测事实相吻合,说明改进后的模式对冰雹云具有较可靠的模拟能力。模拟分析表明,冻滴是该例自然雹云冰雹胚胎的主要来源,对该冰雹云进行AgI催化可明显地减少降雹量,特别是在云中冰雹形成初期进行催化防雹效果最好,既可产生最大的防雹作业效果又不至于过度减少降雨量。催化减雹的主要原因是催化显著地减少了云中冻滴向冰雹胚胎的转化总量。进一步研究发现,人工冰晶在云的不同阶段对各种冰相降水粒子的贡献是不同的。人工冰晶对雪花总质量的贡献较小,对霰总质量的贡献有所增大,而对冻滴总质量的贡献较大。模拟的冰晶粒子谱可较好地反映出人工冰晶谱型较窄,浓度较大,尺度较小的特征。     

高原地区冰雹云数值模拟研究——冰相微物理过程的作用

本利用献发展的三维冰雹云模式模拟研究了1999年7月11日出现在青海省西宁的一次冰雹过程，分析了该冰雹云在不同发展阶段上的宏观特征，讨论了在冰雹云的发展过程中各种冰相微物理过程的作用，并且与实际雷达资料进行了比较。模拟结果表明：过冷雨滴的碰冻、霰对云、雨滴的碰并收集是霰的主要产生源。冰晶的主要产生源是结凇增长(Bergemn过程)。冰相物质的汇主要是0℃层以下的融化过程。冰相微物理过程增加了云中相变潜热，引起云中上升运动加强，云生命史延长，地面降水出现时间提前，降水量和雨强最大峰值加大，并提高了降水效率。     

一次人工防雹过程分析

利用 71 3数字化雷达回波资料 ,对 2 0 0 1年 5月 3日东营市人工防雹作业过程中的冰雹云回波演变情况进行了分析。通过对比作业前后冰雹云的回波特征 ,表明防雹作业效果显著 ,并总结出一些作业经验。     

人工抑制上升气流对冰雹云降水影响的数值试验研究

利用三维对流风暴云数值模式,模拟研究了短时间施加人工抑制上升气流的方法对强冰雹云和降水发展的影响。结果表明,在雹云发展阶段的早期,对云中上升气流施加人工抑制将对冰雹云的发展和降水过程产生明显的影响,使地面降水量增加．尤其是使降雹量显著增加;而在云发展阶段的后期,这样的抑制不会导致地面降水明显的增加。当抑制强度足够大且范围较大时,只有在云发展到旺盛阶段时进行人工抑制才能使影响云的降雹量和固态降水总量明显减小。最后,文中还分析了人工抑制上升气流影响云中冰雹形成的微物理机制。     

一次冰雹过程的多普勒雷达资料分析

20022年6月16日，一次多单体强对流天气影响太原及周边地区。利用多普勒雷达回波资料分析了这次强对流天气过程，着重对冰雹云在其强度PPI、速度PPI、距离高度显示RHI上的回波特征进行了分析，并且利用垂直液态含水量分析了冰雹云增长的定量和定性的特征。通过分析总结出了冰雹云回波所具有的一般特点。2003年的汛期马上就要到来，这些分析结果，将为今后判别冰雹云和人工消雹提供依据。     

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。     

渭北人工防雹的研究与思考

分析了渭北优势果业区的地理、气象条件,通过渭北苹果优生区与世界苹果生长最适区气象条件的比较,渭北苹果生长的7项指标均符合世界苹果生长最适区的条件,是苹果产业发展的最优地区之一。但发源于白于山、子午岭、六盘山、黄龙山等地的冰雹,对渭北苹果产量和品质造成一定的影响。为了减少冰雹灾害的损失,在渭北人工防雹基地工程建设的同时,加强人工防雹科学研究的内容,从冰雹云预报预警、三维冰雹云模式、雷达探测、决策指挥、空域申请、作业实施、效果评估等方面分别提出了研究和建设内容。     

冰雹云雷达识别方法及防雹作业经验

总结了辽宁省40余年人工防雹工作积累的成果和经验,归纳了3种类型冰雹云的雷达回波特征以及利用回波形态、回波参量和综合指标对其进行雷达识别的方法,并结合冰雹云数值模拟结果,总结了对具有液态水累积区的雹云、对超级单体冰雹云和对多单体冰雹云实施人工防雹作业的一些经验,对于各地的科学防雹作业具有参考作用。     

北京地区一次降雹过程和冰雹微物理特征

对2000年5月17日降雹现场进行了实地考查，同时收集了部分冰雹样品，进行了冰雹切片实验，分析研究了雹谱、雹击带和冰雹的微物理结构特征。应用天气图、雷达探测冰雹云回波和探空资料，分析了冰雹云形成的天气条件、大气层结和冰雹云回波结构。     

河南省人工防雹作业指挥系统研发及应用

利用河南省历史气象资料,结合先进的防雹理论与技术,系统分析和总结了河南省冰雹过程的天气尺度与中尺度概念模型,并根据三维冰雹云数值模式及雷达探测、闪电定位、卫星、自动站数据,研发出河南省人工防雹作业指挥系统。该系统包括天气形势分析子系统和作业决策指挥子系统。天气形势分析子系统可根据大尺度形势背景、中尺度系统特征及三维冰雹云数值模式和卫星、闪电、自动站资料,对可能降雹区进行预测。作业决策指挥子系统通过对雷达数据产品的二次开发,完成雷达资料处理、产品生成及风暴自动识别、分类、预警,并根据参数的变化和雹云的移动方向,对下游作业区进行预警及输出作业方案。整个系统基于VS2005开发平台,使用c++开发语言,利用图层分层管理将地理信息、雷达实时观测资料、雷达二次产品、高空资料、火箭和高炮作业点等信息分层显示。系统自动化程度高,操作简便,为河南省冰雹天气预报预警提供了可参考的技术指标体系。     

人工防雹中冰雹云的识别方法初探

利用滨州地区１９８８～１９９７年的７１１雷达回波、降雹资料及有关的高空探测资料,对冰雹云的雷达回波参数和环境场要素进行了统计分析。结果表明：降雹与雷达回波顶温度、回波强度、０～－２０℃之间云体的厚度、７００ｈＰａ上的比温及云体的冷暖厚度之比等参数有关。在此基础上,建立了冰雹的短时预报方程,并为人工防雹提供可作为依据的简明判据。     

一次强对流天气及人工消雹作业过程回顾

通过一次成功的人工消雹作业过程,进而对该次冰雹天气过程进行分析,从中归纳出一些冰雹天气的特征指标,为今后的预报业务及人工影响天气工作提供一些有益的思路和指标