云降水物理和人工影响天气研究进展和思考

云降水物理和人工影响天气密不可分,云降水物理为人工影响天气提供理论基础,人工影响天气是云降水物理一个重要应用领域.目前我国人工影响天气规模、经费投入已达世界之最,人工影响天气工程正在建设之中.论文简要回顾了我国云物理研究和人工影响天气的发展过程,评述研究工作取得的进展,思考我国人工影响天气在新形势下进一步的发展的问题,显得尤为重要.几十年来,我国开展了一系列云雾降水的外场观测研究和人工影响天气的外场试验研究,云和降水物理以及人工影响天气的理论和技术研究不断取得进展,数值云模式和中尺度模式的模拟研究水平有了长足的进步,在云和降水物理过程和降水机制研究、云的微物理结构、云水资源和人工增雨潜力评估、催化条件预测、催化剂和催化技术等方面取得了显著进展.论文最后指出,目前的人工影响天气需要加强人工影响天气核心技术研究,并提出了需要进一步研究的云和降水物理中的有关科学问题.     

中国气象科学研究院人工影响天气研究进展回顾

中国气象科学研究院人工影响天气研究, 在过去的40多年中, 围绕人工增雨技术与外场试验、雹云物理与人工防雹、雾结构观测与人工消雾、云的宏观结构与云图、云降水模式与数值模拟、云物理室内实验与催化剂及催化技术等方面开展了大量的研究工作, 取得了丰硕的研究成果, 很多研究成果在我国人工影响天气业务实践中已经得到广泛的应用, 发挥了实际效益。     

关于发展人工影响天气数值模式的一些问题

人工影响天气的学科基础是中小尺度天气动力学与云降水物理学,需要将天气-动力-云降水物理耦合为一体。考虑到目前将天气动力学性质的基础数值模式用于人工影响天气中的问题,从数值模式动力方程、模式分辨率、云物理过程、数值求解方案、初边值条件等方面系统地探索了发展人工影响天气数值模式中一些需要重点解决、且不可忽视的特色问题,并举例对相关问题提出了解决思路和方法。期望提出的问题有助于构思更适合于人工影响天气数值模式,使数值模式功能真正向满足人工影响天气的要求靠近一步。     

人工影响天气研究进展

1．人工影响天气关键技术及装备研发科技部“十一五”科技支撑项目“人工影响天气关键技术及装备研发”于2010年结束。项目瞄准环北京地区云降水结构和降水形成机理、大气水资源等问题进行研究,重点关注混合云和暖云的形成和人工增雨,新的催化播撒工具如无人驾驶飞机播撒。     

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。     

车载X波段雷达对人工消云减雨作业效果初步分析

人工消云减雨是人工影响天气技术的延伸和发展。主要手段是在影响本地保护区的降水云系的上风方,对其进行大规模、连续的催化作业以改变其降水分布,使保护区无雨或小雨。在介绍车载X波段双通道双线偏振全相参多普勒天气雷达的系统组成、主要参数、观测原理的基础上,简要概述了人工消云减雨原理,阐述了2008年8月8日天气过程和奥运会开幕式人工消云减雨作业,并利用车载X波段雷达产品对开幕式人工消云减雨作业进行了实例分析和效果检验。     

为防灾抗灾服务的自治区人工影响天气事业

一、现阶段人工影响天气的科学水平人工影响天气是指人们有意识地用人工方法改变天气发展过程的措施。现阶段人工影响天气的主要思路是触发机制,即利用云雾降水发展过程中的不稳定条件,通过人工催化方法,诱发或影响云雾降水过程的发展,从而达到增雨(雪)、防雹、消云、消     

一次西风槽系统的云微物理结构分析

对１９９１年４月１６日影响河北地区中南部的一次西槽天气过程形成的降水性层状云微物理结构进行了分析。结果表明，降水主要发生在层状云的中上层，存在可供催化的过冷层和过冷水，但云体下层的供水云较薄，云底偏高，不利于降水的发展；实施人工增雨作业后，云层微结构出现相应变化（云滴和雨滴含水量增加，滴谱拓宽等）作业区与影响区雨量普遍增加，并与催化时间相吻合，这些可能与人工影响有关。     

云降水物理与人工影响天气研究进展(2008～2012年)

本文回顾和总结了近5年(2008～2012年)云降水物理与人工影响天气主要研究进展,并讨论了目前存在的主要问题和亟待解决的关键科学问题.内容涉及可分辨云数值模式及模拟研究、云降水的观测与遥感反演研究、气溶胶对云降水的影响及人工影响天气相关的数值模式、观测试验研究等.提高对云降水形成过程、时空结构与演变机理的深入认识,对揭示大气水循环、气候变化过程,提高天气精细化预报、大气云水资源开发利用及气象防灾减灾的能力,具有十分重要的作用.     

潍坊地区降水性层状云特征及云水资源的估算

一、引言我省自1989年开展飞机人工增雨工作以来,催化对象以降水性层状云为主。飞机人工增雨基地设在潍坊市,我们已就影响其降水天气过程的主要天气系统,作业条件的选择等问题做了初步分析。分析表明:该地区飞机增雨作业季节(3—6,9—10月)以层状云降水为主,各类系统产生层状云降水的日数占各自降水总日数的70—95％,其中黄淮气旋产生层状云降水日数占该系统降水总日数的95％。同时降水性层状云具有维持时间长,范围广,云层稳定少变等特点,适宜飞机人工增雨作业。因此,进一步深入研究降水性层状云的     

山东省春秋季降水系统的云物理概念特征

山东省春秋季降水既受南方天气系统的影响，又受北方天气系统的频繁作用，降水过程较为复杂。本文通过对不同天气系统的分析表明，北方天气系统的降水微物理过程基本符合Ｂｅｒｇｅｒｏｎ提出的催化云－洪水云相互作用导致降水的总体概念。本文给出了南、北天气系统降水的概念特征，降水过程在北方天气系统个例中均通过冰晶过程（冷雨过程）发动；南方天气系统中难以通过云水的自动转化形成有效的降水，可以将这类系统中高空云带中存在的过冷水作为冷雨过程的供水云进行催化。     

近年来云降水物理和人工影响天气研究进展

回顾和总结了中国科学院大气物理研究所近5年(2003～2007年)的云降水物理和人工影响天气研究,内容涉及云和降水物理研究、云和降水数值模拟研究、人工影响天气研究和云化学研究等诸多领域。随着国家和社会对人工影响天气需求的日益增加,云降水物理仍是重要的研究方向,会随着观测和理论研究的发展而取得突破性进展。     

积云模式在人工增雨中的应用研究

采用胡志晋的一维时变双参数积云模式,利用福建省１９８５～１９９４年间的夏秋旱期可能出现的１２种天气类型（台风除外）对测站（福州）为主的十年旱期出现的积云降水日（Ｒ≥０．１ｍｍ）进行分类,并按１２种天气类型分别调试的结果（降水预报率达７５％以上）,经催化试验,确定福建省旱期积云降水的物理特征,人工增雨催化的方法、催化剂量和催化窗口,得到了一些有意义的结果,并根据催化试验的结果采用ＮＤＰ－ＦＯＲＴＲＡＮ和ＢＯＲＬＡＮＤＣ＋＋交互使用的方法,将云模式业务化成人工增雨指挥系统中的积云模式分系统,该系统可以进行旱期积云降水预报,人工增雨效果检验和作业方法的选择。     

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。     

云降水物理与人工影响天气研究进展

2011年,云降水物理与人工影响天气研究主要在暖云数值模式研制及模拟、云物理过程对降水影响、冰雹物理过程、效果检验、南方冻雨的微物理过程以及华北气溶胶特征等方面取得如下研究成果。     

地形云催化增雨试验研究进展

地形云作为最具有前景和可行的人工影响云系,受到人工影响天气工作者和研究人员的关注。本文分析了国内外地形云催化增雨野外科学试验的历史进程,总结了野外科学试验中取得的成果,梳理了在地形云催化增雨试验中需关注的几个关键科学问题,包括对地形云自然降水过程的分析、地形云系统中过冷水在云内的分布、山地云系的微物理过程演变特征及其与中尺度动力结构的关联,介绍了宁夏开展地形云野外科学试验的实践,提出了加快地形云催化野外科学试验,提高地形云云水资源开发利用的对策及建议。为解决中国西北地区干旱问题,推动黄河流域生态环境保护及高质量发展提供了一种思路。     

陕西省飞机增雨作业典型天气个例分析

在2002～2003年春秋季陕西省14次飞机增雨作业天气分析的基础上,对2002年9月13日飞机增雨作业典型天气个例的环流背景、影响系统以及500 hPaθse、温度、垂直速度、水汽通量散度等物理量场进行了分析,并结合飞机和雷达探测资料,得出飞机增雨作业需要的有利于层状云向降水转化的条件：有稳定的层状云,云系有一定冷层厚度和过冷云水量,供自然冰相降水元和人工催化形成的降水元增长;云系还应有一定厚度的暖层,供下落的自然和人工形成降水元融化再经碰并云水增长成雨滴形成降水.陕西省春秋季具有进行有效飞机增雨作业的天气系统和天气条件.     

中尺度层状云系数值预报系统及其业务化应用试验

研制了中尺度静力平衡层状云系数值模式；针对人工影响天气业务特点，开发了模式预处理、后处理和产品服务系统；初步建立了一套可在业务中实时运行的中尺度层状云系数值预报业务系统。经过两年多的业务运行试验，结果表明：系统运行稳定，功能实用，对降水场和云场具有一定的预报能力；对小、中雨量级的稳定性降水预报准确率较高；模拟的云场同卫星、雷达实测云系有较好的一致性。可为人工影响天气作业决策及降水预报等实时业务提供帮助。     

大气冰核谱分布对对流风暴云人工催化影响的数值模拟研究

2002年9月在青海省河南县人工增雨综合试验基地开展了人工增雨外场综合观测试验.根据这次实验得到的大气冰核资料,以及文献给出的另外两组常用的冰核资料,利用中国科学院大气物理研究所研制和发展的三维对流云人工催化数值模式,讨论了3类不同大气冰核谱环境对模拟对流风暴云人工催化增雨效果的影响,模式中还考虑了国内人工影响天气部门常用的RYI-6300型和WR-1B型人工增雨防雹火箭播云弹道的差异.模拟结果表明,3类不同大气冰核谱环境对模拟对流风暴云的宏观和微观参量分布结构有很大影响,在这些对流云中进行火箭播云催化试验得到的播云效果也有很大差异.大气环境中高温冰核浓度低,而低温冰核浓度高时,对流风暴云人工催化将导致云中冰晶过量,不利于对流风暴云降水增加.在大气环境中高温冰核浓度较高,并且低温冰核浓度较低时,对流催化风暴云可获得最高的人工增雨效果.在青海试验区的大气冰核谱环境下,火箭催化对流风暴云增雨有一定效果.对不同地区进行人工增雨作业时,了解清楚当地大气冰核的基本背景状况对于正确地评估播云效果非常重要.文中还给出了导致这些结果差异的物理解释.     

吸湿性物质催化云雨的研究进展

用氯化钙溶滴消暖雾已经70年了,后来细盐粒子或盐溶液也被用于催化暖云,希望它们在云中形成雨胚,启动或加速碰并过程以增加降水.20世纪60年代,飞机播撒盐粉、地面烧盐粉成为我国人工影响暖云的主要方法,普遍反映有增雨效果,由于当时条件限制,没有进行严格的科学验证;同时,因为实施中播撒剂量大,对飞机又有腐蚀而被搁置.十多年前南非在人工增雨中开发了产生吸湿性微粒的新型焰弹技术,用于暖性对流云催化,通过随机化试验取得了具有统计显著性的增雨效果,这一结果在墨西哥的试验中得到重复;另一方面,泰国一直使用粗吸湿性粒子催化暖积云,近年来的随机化试验也证明能增加降水,但是降水的增加是4 h后在被催化云的新生云中出现的.这些结果重新激起人们对暖云催化的兴趣,成为当前国际云雾物理和人工影响天气领域的热点问题之一.