高炮、火箭和飞机催化扩散规律和作业设计的研究

文章基于扩散计算的解析解,提出了针对高炮、火箭和飞机等不同催化方式的点源、多线源和移动点源的数值计算方案,分别研究了不同催化方式催化剂扩散规律和有效范围,并利用卫星捕获的一次飞机播云实例检验了计算方案,同时研究了实现目标区充分催化的作业设计等问题。主要结论有:高炮做为点源催化,单个高炮作业,达到有效催化浓度的范围半径约只有0.5 km,应当采用多炮弹密集作业,比较有利于浓度和催化范围的维持,提高炮弹成核率能够很大程度地提高高炮作业效果;火箭和飞机作为线源催化,1 h内达到有效催化浓度的宽度分别为7和6.6 km,此宽度可作为多线播撒作业飞行间距设计的参考依据;飞机单线播撒达不到充分催化的要求,而耕作式播撒,在风速作用下,扩散区域会分散或重叠。根据风速大小设计的"8"字形来回播撒飞行路线,可使目标区得到充分播撒。在扩散计算方案研究基础上研发的各类催化扩散计算和作业设计软件系统,可方便准确地计算飞机、高炮和火箭实际作业时催化剂在云中扩散的范围、浓度及其随时间的演变,并可针对不同目标区进行充分播撒催化的作业设计,结果直观简明,为催化扩散计算的实际业务应用和作业设计提供了帮助。     

对流云中点源爆炸催化剂的扩散问题

本文探讨了对流云中点源的扩散问题。在考虑了云中上升速度随高度变化的情况下求得了扩散方程的解。利用我国南方对流云探测的平均数据和点源所在的一般高度,计算了不同时间催化剂的扩散范围和浓度分布,并作了分析讨论,初步得到了对流云中点源的扩散规律和特点。     

高炮人工增雨催化区的探讨

在高炮人工增雨作业中,作业参数的选择和催化区的分布是一个重要问题。根据梯度输送理论,计算了人工增雨作业中单发和多发炮弹AgI最大扩散半径和时间。以不同AgI浓度阈值模拟分析了湍流扩散系数、方位角、仰角和风速对人工增雨炮弹催化区的影响,依据等角度作业思路,提出了高炮人工增雨迎风半圆多轮作业方案。     

地面连续点源催化剂的扩散

在人工影响天气的作业和科学试验中,除了在云中或云下播撒、爆炸分散和燃烧分散催化剂以外,在某些地区相宜季节还可使用在地面或高山顶侧以点源形式燃烧催化剂人工影响降水的方法,地面点源可分瞬时点源和连续点源两种类型.建立了地面连续点源扩散模式.研究结果表明在不稳定、中性和稳定3种大气层结条件下地面连续点源的垂直扩散高度分别为640 m,555 m和475 m,而水平最大扩散宽度对应为600 m、450 m和430 m,催化剂的最大浓度中心都集中于催化剂发生器喷嘴的上方附近.在冬季,如果将源建立在较高的山坡或山顶上人工影响冬季降水是可能成功的,而在其它季节能否成功要视具体情况而定.     

咸阳市北五县高炮防雹联防作业技术方法探讨

受地形影响，咸阳市北五县多冰雹，以６月最多。防雹采用高炮联防作业方式，根据雹云特征采用不同射击组合方式和准确的射击部位、时机，有效地发挥联防炮位火力。     

层状云中垂直线源的扩散问题

下投式飞机和火箭焰弹分散的催化剂一般都形成若干条垂直线源。该文利用湍流扩散的梯度输送理论,提出了层状云中垂直线源催化剂扩散的理论模式,并给出了顺风向和垂直于风向发射的多条线源催化剂浓度叠加效应的计算公式。     

黄河上游地面点源催化剂的扩散

为研究黄河上游河曲段地面点源碘化银质点的垂直扩散范围，作者引用高斯地面点源催化剂质点扩散模式，分层考虑风向、风速垂直变化和逆温层、混合层顶反射，模拟估算了多云天地面点源发生的碘化银质点在垂直方向上的扩散分布。结果表明：从地面到2km的范围内，12h以前碘化银质点基本能扩散到距地面2km的高度，但浓度极值约100L^-1。14h以后其浓度极值能达到250L^-1以上，从地面扩散到1km高度并进入低云云体的时间约25min，到达2km高度的时间约48min，其浓度能达到人工影响降水的需要。     

层状云中垂直线源的扩散问题

下投式飞机和火箭焰弹分散的催化剂一般都形成若干条垂直线源。该文利用湍流扩散的梯度输送理论，提出了层状云中垂直线源催化剂扩散的理论模式，并给出了顺风向和垂直于风向发射的多条线源催化剂深度叠加效应的计算公式。     

9208高炮人工增雨分析

利用1992年8月13日切变线影响过程，实施了高炮人工增雨作业。作业区大部分降雨30-80mm，局部120mm，增雨效果显著。这表明，此次催化的云体一积雨云是最佳的高炮作业云体。由于影响本区的云体0℃层高度在5km以上，作业采取70′度和80度的高射角发射，爆炸点高度在5km以上，碘化银炮弹可直接进入负温层。碘化银微粒随云中上升气流和湍流在云中继续上升和扩散．不仅延长了碘化银微粒在云中的滞留时间，而且也使人工冰核可捕获到更多的过冷水滴．增大降水。此外．还采用分次作业的方式，使云中保持一定的人工冰核浓度，让云中含水量更多地转化为降水。     

增雨防雹火箭弹催化剂播撒技术的对比研究

介绍了HY-1A型增雨防雹火箭弹较传统型增雨防雹火箭弹在催化剂播撒技术方面所做的技术创新,增雨防雹火箭弹催化剂由原来的线性播撒方式改进为体播撒。将线性播撒和体播撒的催化剂扩散分别近似为线源扩散和瞬时点源扩散,基于解析解计算公式近似估算两种播撒方式的催化剂扩散有效区域半径,进而估算有效区域体积。对比发现,给定浓度阈值时,体播撒的催化剂扩散有效区域体积为线性播撒的3.6～7.2倍,且体播撒的催化剂扩散有效区域持续时间较线性播撒持续时间更长。线性播撒和体播撒方式的火箭弹有不同适用对象,后续可进一步改进优化催化剂播撒技术。     

一个大气扩散的梯度-传输理论模式及其应用

本文在u=u(z),k_y=k_y(x,z),k_z=k_z(x,z)及考虑下垫面对浓度场有清除作用的前提下,求解了定常连续点源三维湍流扩散方程,得到浓度场的分析解。解中含有随稳定度而变的参数。应用Project Prairie Grass的地面源试验资料,经验地定出了从中等不稳定到中等稳定时适用于小尺度扩散的有关参数。将本模式用来计算上述试验中的浓度,除较少的例外情况外,个例的计算浓度与实验浓度的相对误差平均在200％以内,并对误差原因进行了讨论。最后对下垫面影响的不同大小计算了清除作用对地面源浓度场的影响。     

层状云中非垂直多条撒播线源催化剂扩散的数值模拟

首先建立了一个模拟层状云中催化剂扩散的三维时变烟团轨迹模式。该模式能够模拟层状云中多条（与风向）非垂直撒播线源的催化剂扩散特征。在模式中,详细考虑了地形、垂直风切变对催化剂扩散的影响以及催化剂播散参数的时空变化和催化剂的湿清除效应以更接近于实际过程。其次建立了一个细网格三维非静力中－β尺度动力学预报模式,用于模拟大气流场和湍流场,以其作为烟团轨迹模式的背景场。最后根据１９９６年３月３１日０８时实测常规气象资料和１４时飞机实际播撒参数,对陕西省关中地区飞机人工增雨作业中的催化剂扩散进行了数值模拟,对不同的大气层结和扩散参数做了敏感性试验分析。模拟结果表明：（１）在非均匀、非定常及非垂直直线源情况下,层状云中催化剂扩散的浓度等值线空间分布较复杂,不满足高斯分布。（２）催化剂的扩散与湍流扩散系数、风场分布相对应,水平扩散范围大于垂直扩散范围。（３）不稳定层结有利于催化剂扩散和多条线源的合并,扩散系数越大,扩散范围越大,线源间合并越早,撒播的线源间距可以大些。（４）陡峭地形对低层风场和湍流场影响较大。     

論有鉛直向平流輸送时連續点源的乱流扩散

本文考虑有鉛直向气流的影响、扩散貭点的沉降作用以及网效应(或称地面的吸收作用)时,討論了非定常态連續点源在乱流大气中的扩散問題.求得了計算扩散貭点浓度场的理論公式,并計算了若干例子,与观測結果得到很好的吻合。     

城市扩散参数的综合测定与研究

利用常州市城市边界层风、温场及湍流场的综合观测资料,对该地区大气扩散稀释能力进行了全面系统的分析,总结出一组适合平原地区中等城市的扩散参数计算公式。研究表明,城市贴地层及高层的湍流扩散特征有明显差异,应该用不同的扩散参数计算近地面面源和高架点源的浓度分布。在此基础上,首次提出了按高度层次划分的城市扩散参数体系。实际监测资料的验证结果,表明该组公式的模式计算效果甚好。     

TA-Ⅱ型库尔特微粒分析仪

微小颗粒谱分布的测量,目前在工业、国防和科研许多部门中占有重要位置,而且,在大气物理研究的一些领域中也是必不可少的。例如,研究大气污染时需要监测大气中浮尘的含量;进行点源扩散实验时,需要在距扩散源的不同距离和高度上测量烟粒子浓度,以寻找出它们和气象场的关系;在云雾物理和人     

五类雹云的作业方案设计

目前我国的人工防雹作业已普遍采用三七高炮,选择适宜时机,向云体的适当部位发射适量的碘化银炮弹,影响雹云的发展过程,达到抑止冰雹生长的目的.同时,随着雷达探测雹云技术的发展,已经能够根据雷达回波识别雹云的结构和类型.由于不同类型的雹云,冰雹在云中的生长过程不尽相同,因此,为提高人工防雹的作业效果,必须注意对不同类型的雹云采用不同的作业方法.本文根据国内外的防雹理论和各地的实践经验,对五种类型雹云作业方法的设计进行初步探讨.     

上海市气象场与SO2浓度数值模拟

采用地形坐标系下适合于复杂地形且满足地－气耦合的静力学三维中－β尺度气象预报模式，使用08时的实测流场经变分法初始化后得到的初始流场，模拟研究了上海地区的局地流场时空演变特征，模式较细致地考虑了湍流，长短波辐射，凝结，蒸发，地表热力平衡等因子，在此基础上，使用有限元法数值求解一阶闭合的三维区拉平流扩散方程，模拟了上海地区的SO2浓度分布，结果表明：上海的局地流场具有明显的日变化特征，受海陆温差的影响明显，日间风速较夜间风速大，风向呈顺时针旋转，在不同稳定层结情况下，高架点源排放的高空污染物对地面的污染物浓度有贡献，会千成地面污染物浓度升高。     

大气边界层中湍流扩散问题的随机微分方程处理

本文在对湍流扩散机理进行分析的基础上,提出用IT(?)·K随机微分方程来描述湍流扩散过程,并导出了大气边界层中连续点源扩散浓度分布的一般形式。其一级近似可以用初等函数来表示,它的特例与污染气象学中常用的模式是一致的。 另外,本文所给出的一般形式还可以包容地转风和重力沉降等作用对扩散的影响,并具体给出了它的一级近似表达式。     

积层混合云数值模拟研究(Ⅰ)──模式及其微物理过程参数化

用积云对流速度场叠加辐合场的方法建立了一个二维平面对称积层混合云数值模式，以用于模拟研究层状云和嵌入其内的对流云组成的混合云。模式动力场计算以一种新的方法求解（Ｖ，θ，π＇）为基本变量的深对流滞弹守恒型方程组。云中微物理过程考虑了６种水质并使用双变参数谱描述和采用更为合理的粒子谱。为了便于与实测雷达回波强度和结构比较，模式可以计算雷达观测模式云的回波强度。     

一次浙江对流云催化数值模拟试验

为了研究吸湿性催化剂、碘化银催化剂及两者的联合催化效果,利用双参数三维对流云催化模式,对浙江南部一次对流云降雨过程分别进行盐粉暖云催化、碘化银冷云催化和冷暖混合催化试验,对比研究不同催化方案对对流云降雨的可能影响。结果表明:盐粉催化导致先增雨后减雨,主要通过盐溶滴与云滴碰并增长,及雨滴碰并和霰粒子碰冻过程消耗。在上升气流区和降雨前期进行催化的增雨效果更好,30 μm粒径的盐粉催化剂量为12.5/L时,可增加降雨量17.8%。在降雨过程的不同发展阶段进行AgI催化,表现出先减雨后增雨的催化效果。盐粉和碘化银的联合催化,由于两者催化效果的不同步,使得不同吸湿性催化剂和碘化银催化剂量配置会导致不同的催化效果。当30 μm的盐粉,催化剂量12.5/L,联合碘化银100/L的冷区催化,可取得19%的增雨效果。