冰晶产生的非催化触发机制研究

本文研究了用压缩空气爆破(薄膜爆破,激波管等)和火药爆炸非催化方法触发冰晶产生的作用机制。我们通过大量实验认为超声波和冲击波的作用不一定能够触发过冷水滴冻结,而超声速气流的绝热膨胀冷却作用则是触发冰晶产生的确切机制。然后设计了超声速气流发生装置并在过冷雾中进行触发冰晶产生的实验。结果表明,超声速气流(M=1.1)触发冰晶产生非常有效。阈温为-2℃。冰晶产生的临界压强为2.1atm,阈压随实验温度升高而增加,当总压超过阈压0.2—0.3atm时,冰晶大量产生。这些结果与超声速绝热膨胀理论相一致。     

用超声速气流产生冰晶的试验及测定

在２ｍ３等温云室中进行了塑料小泡压爆及超声速气流在过冷雾中产生冰晶性能的试验，在－１℃到－１７℃温度范围内测试其产生冰晶效率。发现这两种方法均能在过冷雾中产生大量冰晶，直到－１℃。在－８℃时每升空气产生的冰晶为１０１１－１０１２量级。是一种经济有效的催化过冷云雾的方法，很有应用前景。     

超声速气流成冰率和冰晶形成机制

在温度为0—12℃并悬浮有雾滴的冷箱中测量了超声速气流的成冰率ρ_(io)结果表明,在马赫数1.1—1.84和总压小于6个大气压范围,ρ_1介于10~(12)-10~(12)g~(-1)。结果还表明,ρ_2随马赫数和总压增大以及环境温度降低而缓慢增加。这些结果与超声速气流膨胀理论所表明的规律相一致。 对冰晶形成机制分析表明,超声速气流中的水汽均质核化(凝结-冻结)是产生冰晶的主要过程。本文指出,超声速气流用于飞机人工影响天气具有价廉、无污染、简便和长距离作业等优点。根据实验提供的数据,发展一种新的人工影响天气新技术是可能的。     

关于卷云微结构的研究

对卷云(包括Ci、Cs、Cc)微结构的观测研究是云物理学的一项基础科学研究,这项研究对高空飞行、卫星气象和过冷云的引晶催化都有实际应用的价值。对于研究地面辐射平衡也有重要的意义。 本文主要介绍国外对卷云中冰晶和气流结构的观测研究,以及作为自然冰晶源对下面过冷却云可能的     

卷云数值模式和对流性卷云数值模拟

本文建立了两线面对称、滞弹、非静力平衡,包含有水汽、云水、云冰、雪晶和霰五种水元间各种微物理过程的卷云模式。运用该模式对卷云对流胞的典型环境作无切变和有4×10~(-3)s~(-1)的风切变两种情况模拟表明,风切变环境下的对流较弱,但最大上升气流仍达2.71m/s。无风切变环境下卷云对流易于向两边传播,而当存在强风切变作用时,对流向上风方传播。模拟卷云的宏、微观结构及其演变特点与国外飞机穿云、卫星和地面遥感等观测结果十分一致。模拟表明卷云对流的下沉气流及下落冰粒子的蒸发冷却激发出的新的上升气流是卷云多核心结构和对流卷云向层状卷云演变的重要机制;卷云中过饱和度对冰晶核化的依赖和抑制是卷云冰晶浓度远低于FLETCHER浓度的一个主要原因。     

宜君的风雾共存现象

在阴雨天去宜君 ,可能领略一种奇特的天气现象 :大风与雾和平共处 ,一边是七、八级的大风呼啸不停 ,一边是能见度仅有几百米的锁城大雾 ,持续时间短则几十分钟 ,长则几小时甚至十多小时。雾是悬浮在近地面空气中的大量微小的水滴或冰晶 ,由于这些水滴或冰晶对可见光的散射作用 ,使能见度显著减小 ,当水平能见度小于1 km时 ,便称为雾。一般情况下 ,微风 (风速 1～3m/s)时 ,有一定的乱流混合存在 ,它能使冷却作用扩展到适当厚的气层中 ,又不影响下层空气的充分冷却 ,有利于雾的形成 ;而风大时 ,强风能带走大量水滴 ,不利于雾的形成。但为何在…     

冰雹大小和软雹速度对雷暴充电影响的计算研究

本文使用一维的发展雷暴模式，用于试验多种电荷转移参数对雷暴充电发展的重要性。电荷转移资料（数据）是电在水滴超冷却状态下，冰晶从软雹反弹离去时实验观测所得到。实验表明，电荷转移取决于冰晶大小和碰撞速度。因此，在模式中试验了许多冰晶大小及碰撞速度。通过应用有不同雷暴程度的三个个例的初始条件进行计算，发现计算所得的充电率在比较初始雷暴条件和所选的典型的冰晶大小和软雹速度，更受前者影响。     

北京一次大风和强降水天气过程形成机理的数值模拟

利用3维强风暴冰雹分档模式(IPA—HBM)对2001年8月23日北京的一次伴有大风、暴雨和冰雹的强对流天气过程进行模拟和分析，并与部分观测资料进行了比较分析。结果表明，该模式对此次强风暴的生命史、降水分布、降雹的大小等要素做了较好的模拟，并能够模拟出伴随强风暴过程所产生的强下沉气流和及地面强风速切变(下去暴流)。从云微物理学角度分析了此次局地性大风的形成原因，认为由高空冰雹粒子的拖曳产生的负浮力作用是促发强下沉气流产生的主要原因，其次是冰雹的融化和雨水蒸发冷却对下沉气流起加速作用，冰雹的拖曳和融化作用对下沉气流具有决定性作用。强风暴所产生的爆发性强下沉气流最终导致了局地大风的形成。     

生活中如何防雷电

雷电是自然界的天气现象之一，春夏季是雷暴活动频繁期。原因是近地面空气受热变轻而上升，上升气流中的水分在对流层遇冷凝结形成积云，积云中大量的水滴、冰晶及尘埃等在运动中产生正负电荷，当带正电荷的积云和带负电荷的积云聚集到一定量时，形成较大的正负电位差，差达到一定限度时，便冲破空气的绝缘层形成云间放电，而进发出强烈的电弧光，这就是闪电。出现闪电时由于高温使水滴汽化空气迅速膨胀且电离水汽产生氢氧剧烈燃烧，产生强烈的爆炸声即雷暴。     

一次西向特大暴雨天气过程的高空气流结构分析

利用常规资料对产生“97.8.13”西向特大暴雨过程的天气系统和气流结构进行分析。分析表明高空有三支不同性质的气流直接对暴雨的发生、发展产生作用。西南气流直接对暴雨的发生、发展产生作用。西南气流的急流轴,垂直方向位置偏低,急流狭窄。700hPa偏东气流和西南气流在交汇处形成强烈的能量锋区,成为暴雨发生发展的触发机制。     

一次东北冷涡中对流云带的宏微物理结构探测研究

利用2003年7月8日的东北冷涡中对流云带的飞机穿云观测资料，结合雷达、卫星云图及天气图等资料，详细分析了此次冷涡对流云带的宏观特征、微物理结构，并对降水形成机制进行初步探讨。此次东北冷涡对流云系具有明显的带状水平回波结构，中等强度，垂直尺度小（小于6 km），云过冷液态水含量丰富，最大可达3.3 g/m3，云的上部过冷水含量也达到2.0 g/m3。对流云带的上部存在冰粒子高浓度区，最大值为1062 L-1，出现在5242 m（-6.8℃） 处，这些冰粒子在高过冷水含量区的快速长大对降水产生起到重要作用。云滴直径与云滴浓度在0℃层附近呈现负相关性；通过分析解释了上升气流强的区域有更小的云滴粒子和冰晶粒子的原因，上升气流的作用造成了0℃层以下粒子浓度的积累。在弱上升气流区，2-DC观测的粒子浓度，高浓度区对应小粒子多，低浓度区对应大粒子多。并初步探讨了冷涡对流云带可能存在冰晶繁生过程。     

液态水含量和冰晶浓度对闪电频数影响的数值模拟研究

假定在软雹和冰晶碰撞的非感应起电机制为主要的起电机制成立的条件下，数值模拟研究了国际上公认的Fletcher和H—M冰晶产生机制以及云中的液态水含量对雷暴云放电过程（区分了云闪和地闪）的影响。结果表明，随着气压和温度的变化，在两种冰晶产生机制假定下，冰晶浓度分布有很大差异，这直接导致了雷暴云内电活动的差异。液态水含量的增加将使得首次放电时间延迟，同时将引起放电位置的下降和闪电频数的减少。     

基于地基微波辐射计资料对咸宁两次冰雹天气的观测分析

利用地基微波辐射计观测资料,对两次冰雹过程进行观测分析。结果表明:中低层暖湿气流输送、中层干冷空气侵入,在0~10 km形成"上干、下湿"2层垂直分布结构。低层的感热和潜热随上升气流向上输送,2~3 km层明显增温,0、-5和-20℃层略微上升。同时,低层水汽也随上升气流向上输送,降雹前大气液态水总含量(ILW,下同)和大气水汽总含量(IWV,下同)及过冷水含量快速增长。水汽经过冷层后,冰晶增多增大。当冰晶增大落入0℃以上区融化层时,冰晶融化导致液态水增加,一部分形成冰雹或地面降水,导致降雹之后ILW、IWV及0℃以下液态水含量减小。上述结论对冰雹的预警有一定指示意义。     

冷云播撒剂介乙醛研究概况

大气中经常存在着由过冷水滴组成的云,这种过冷却的水云中没有冰晶时,它是相当稳定的。伯吉隆(Bergeron)和芬德生(Findeisen)提出的冰晶效应学说(一旦出现冰晶与过冷水滴共存时,水滴蒸发而冰晶增长,水分从水滴转移到冰晶上),成为近代人工播撒冷云降水的理论基础。与向过冷云中引入冷云成核剂(即人工冰核)制造适量冰晶时,便产生冰晶效应,于是水滴蒸发而冰晶增长,达到一定大小后开始下     

三维冰雹云数值催化模式改进与个例模拟研究

鉴于播撒冰核形成的冰晶与自然冰晶谱型不同,对三维冰雹云催化模式人工引晶物理过程参数化部分进行了改进,将人工引入的冰晶单独作为预报量处理,导出人工冰晶与其他粒子发生的微物理过程的参数化方程。分析了改进模式的催化功能及人工冰晶的微物理过程及其在催化防雹中的作用。结果表明,在同样催化条件下,改进模式的催化效果优于原模式。水汽在碘化银粒子上核化是产生人工冰晶的主要过程。人工冰晶的空间分布特征表明,它与云水和雨水接触的比例要比自然冰晶高得多,因此人工冰晶收集过冷云水增长是其与自然冰晶最大的差别。与自然冰晶相比,人工冰晶向霰转化的数量多,通过人工冰晶形成的冻滴也多。自动转化是消耗人工冰晶的最重要的物理过程。人工冰晶减雹机制是:对雹云催化后,人工冰晶增加使雪、霰和冻滴增加,转化成冰雹的数量也增加,冰雹的尺度减少,降雹强度和降雹动能通量就减少。     

俄勒冈州喀斯喀特山区2001年12月13日气旋风暴分析

2001年12月13—14日,一个强劲的气旋风暴影响了西北太平洋地区,在俄勒冈州喀斯喀特山区产生了强地形降水。这个风暴是“改进微物理参数的观测验证试验（Improvement of Microphysical Parameterization through Observational Verification Experiment,IMPROVE）”第二阶段外场研究的气旋风暴之一。在风暴移过俄勒冈州喀斯喀特山区期间,获得了大量的实测和遥感探测数据,形成了由气象状态参数（温、压、湿、风向风速和垂直气流速度）、极化多普勒雷达探测数据和云微物理参数（云液态水、粒子浓度、粒子谱及图像）组成的完整数据库。12月13—14日的过程具有对流层底层前倾锋演变的特点,锋面向前上方伸展到了强烈发展的高空冷锋雨带中,云发展到了8～9km的高度。与以前华盛顿喀斯喀特山区分析的风暴重要差别是,这个风暴在俄勒冈州喀斯喀特山上空的锋前低层气流是与弱东风气流相反的强西风爬山气流。结果当高空冷锋雨带过境时,在高空产生了大量冰晶的同时在低层地形抬升地区又产生了丰富的液态水。机载实测、地基微波辐射计观测以及雪晶观测证实,同时存在高冰晶浓度和高空相对大的云水含量,地面冰晶凇附也严重。分析表明,锋面和地形的相互促进作用使降水得到了增强。     

青藏高原和落基山对气旋的动力影响

本文利用北京气象中心的业务预报模式(B模式),采用全风速调整方案,进行了绕流、爬坡等各种数值试验,研究青藏高原和落基山对气旋的动力影响。结果表明,气流绕青藏高原而行,产生的散度场与东亚的气旋生成区和路径匹配;在青藏高原主体下游,高层辐合,抑制了我国大陆东部的气旋发展。在北美,落基山对大气的动力影响以爬坡为主,由于气流在迎风坡上升,空气绝热冷却,在背风面大规模下沉增温,对流层低层形成暖脊,这对背风锋生和背风气旋的发生发展有着直接的影响;另外爬坡作用也是美国中西部干线形成的主要原因。     

2015年12月广东罕见暴雨的成因分析

利用ECMWF的逐日再分析资料,通过环流分析和物理量诊断方法,揭示2015年12月9日广东暴雨的产生机理。结果表明:来自东欧高纬度的干冷空气南下对暴雨的发生起了重要作用;干冷空气流经青藏高原时发生绕流,南支气流绕过青藏高原并在孟加拉湾反气旋环流的挟卷作用下经南支槽抵达华南,形成了干冷空气的主要通道。暴雨发生前,暖湿气流主要来自西太平洋,暴雨发生期间,偏东气流转为偏南气流,使南海成为9日暴雨的主要水汽源地。冷暖空气的汇合使暴雨区上空等θse线陡峭,沿等θse面有强烈的上升运动,但上升运动区不存在深厚的位势不稳定。冷空气的南下激发了暴雨区700 h Pa的锋生,其中水平变形项和水平辐合项对锋生有正贡献。锋生激发了正的次级环流,环流中心也位于700 h Pa,这有利于气流的抬升,故锋生及次级环流是暴雨区上升运动发展的重要机制。     

夏季东天山中段一次强对流天气过程的数值模拟

利用常规气象观测资料、区域自动站观测资料和FY-2D卫星逐时TBB资料,采用WRF中尺度数值模式,对2011年夏季发生在东天山中段一次强对流天气过程进行数值模拟和诊断分析,研究了天山特殊地形对降水过程的动力结构、水汽输送和云降水微物理机制的影响。结果表明,西风气流东移时受东天山的阻挡,气流从东天山南北两侧绕流,北侧急流经博尔塔拉谷地越过北天山西段后,急流右侧气流反气旋转向形成北支气流;南侧急流遇吐鲁番地区反气旋系统阻挡而转向北进形成南支气流。两支气流受地形动力抬升在东天山中段北坡汇合,为此区域局地强对流降水的形成和发展提供动力条件,北支气流为主要的水汽供应源。高空西南气流引导的冰相云系与低层局地对流云在东天山中段北坡结合,分别持续提供冰晶和云水,促使云微物理过程发展旺盛,致使局地暴雨过程产生。     

高原热力作用下的非绝热Rossby波

从含非绝热项的准地转运动方程组出发，分析了青藏高原大尺度热力作用下非绝热Rossby波的一些性质。从理论上证明当背景西风气流为正压时，冬季高原冷却作用有利于Roosby波的经向传播。又由非绝热Rossby波的频率方程说明冬季高原的热力作用是中高纬季节内振荡的重要激发机制。此外，当背景西风气流为斜压时，求解了高原热力作用下非绝热Rossby波的频率，并由频率方程说明冬季高原冷却作用有利于波动向不稳定方向发展，而夏季高原的大尺度热力作用对波动稳定性的影响存在临界值。