人工消雾的技术与方法

介绍了人工消雾的基本原理,并针对暖雾的性质分别介绍了播撒吸湿性物质消除暖雾技术的实施方法、适用范围、催化剂选择;加热法消暖雾的实施方法和所需能量的计算;静电清除暖雾方法的科学依据和室内实验结果;热力动力消雾系统的组成和工作原理。此外,还结合人工消过冷雾的基本原理,阐述播撒人工冰核(催化剂用量)、播撒液氮和"播撒-供应"消冷雾方法。     

新型消暖雾催化剂与传统吸湿性催化剂消雾性能的室内对比试验

为了研究一种新的环保型消暖雾催化剂RC／XW的消雾性能,同时选取无水氯化钙（CaCl2）和氯化钠（NaCl）2种吸湿性物质作为对比物,对它们进行室内试验研究。其中RC／XW粒子直径主要集中在12um;将无水氯化钙和氯化钠分别粉碎成10um、15um、20um和30um4个不同的直径。结果表明：不同种类的催化剂、同种类不同尺度的催化剂之间消雾效果都存在很大差异。消雾效果与播撒剂量直接相关。RC／XW适用于消除含水量在0．3g·m^-3以上的严重影响视程的暖雾,且播撒剂量要〉1g·m^-3。     

几种粉末型吸湿性催化剂的试验研究

在云雾中播撒吸湿性催化剂是进行暖云催化降水或消暖雾的重要手段之一,而寻找高效、适宜的吸湿性催化剂仍然是当前人工影响天气领域的重要研究目标。本研究对6种具有吸湿性的粉末型稀土盐催化剂在云室中的消暖雾性能进行了对比试验。试验采用一个43m3的暖云室,在云室中分别进行无催化的空白试验和6种催化剂的消暖雾催化试验,并使用FM-100雾滴谱仪、透光度仪以及温湿度仪等仪器对云室中雾的整个发展过程进行全程观测。通过对比空白试验与催化试验的观测数据,分析了5种吸湿性催化剂在播撒后对暖雾的影响,对它们的消雾效果和催化剂作用机理进行了分析。研究结果表明:6种催化剂中有5种起到了消雾作用,其中氯化铈、硝酸镧、碳酸镧的消雾效果较好,氯化镧、碳酸铈次之,硝酸铈则没有达到消雾目的;催化剂的引入使雾的含水量、雾滴有效直径、雾滴谱等微物理特征发生明显变化,并最终对雾的发展进程造成很大影响,使雾的消散速度加快或延缓。     

用吸湿粒子消暖雾用量的计算

众所周知,雾作为一种视程障碍现象,对航空、航海等交通运输的安全威胁很大。据统计,全世界雾日中暖雾占95％,因此,消暖雾的研究十分迫切和重要。二十多年来,国内外采用了多种方法进行消雾试验。播吸湿粒子消雾是其中的一种,此法从科学原理上是符合的,但是,如何在指定时间和地点消雾这个工程问题尚未解决。不仅如此,据国内一系列试验表明:消雾效果除与吸湿粒子的吸湿性能、用量、颗粒大小有关外,还取决于雾形成后的气象条件和雾的特性。当雾层不太厚、雾中风速不大、雾滴谱比较窄时,只要吸湿粒子用量、颗粒大小适当,消雾效果还是明显的。本文仅介绍用吸湿粒子消雾用量的计算方法和应用实例。 一、消雾原理和用量上下限 吸湿粒子消雾是通过潮解、稀释过程中强烈吸湿,大量消耗雾层中水汽,迫使雾滴急剧蒸发,吸湿粒子迅速长大并掉出消雾空间,使消雾空间光学切面     

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.     

有设计和无意识影响天气的政策声明

本声明只涉及局地尺度的和区域尺度的有设计和无意识影响天气的科学现状。美国气象学会关于全球气候变化的政策已于此前发布。１有设计人工影响天气现状１ .１消除雾和层云通过播撒成冰剂 (例如干冰、液态丙烷、压缩空气、碘化银等 )消除过冷雾和低温层云 (含有冻结温度以下水滴的云 ) ,已在一些机场投入常规性作业。用更昂贵的加热技术也消除了暖雾 ;然而仅在少数主要的机场证实 ,此项消雾技术的花费是有效益的。１ .２增加降水统计证据表明 ,播撒过冷地形云 (即在山地上空发展的云 ) ,可增加季节性降水量大约１０ %。然而其物理原因与统计…     

人工消雾试验中的雾微物理响应

2009 年11—12 月在天津市武清区实施了两次消雾外场试验。11 月6—7 日,利用燃烧烟条的方式播撒吸湿性焰剂对暖雾实施催化;11 月30 日—12 月1 日,利用播撒液氮的方式实施冷雾消雾试验。对两次消雾试验期间雾的微物理观测资料分析发现,雾对催化有明显响应,具体表现为:雾滴浓度先增后减且变化剧烈,液态水含量、雾滴大小等微物理特征量也发生了显著变化;催化期间雾滴谱均出现了谱宽加大的现象,催化结束后谱宽恢复至催化前状态;催化效应导致出现了处于不同发展阶段的雾滴,雾滴谱发生了单峰分布和双峰分布间的变换:催化前滴谱为单峰分布,催化期间出现双峰谱;多个短时双峰谱反复出现;首个双峰谱出现后,滴谱逐渐由单调递减向单峰、双峰转变;催化结束后,滴谱由双峰谱恢复为单峰谱。分析认为:催化后暖雾中发生成熟过程(Ripening Process),而冷雾催化后则启动了贝吉隆过程(Bergeron process)。      

人工消除冷雾的个例模拟分析

本文在中尺度数值模式MM5的Reisner2方案中引入了液氮粒子与云相互作用的过程,在中尺度模式MM5中实现了催化功能.利用加人催化方案的中尺度模式针对2007年12月26日北京地区的一次冷雾天气过程进行了消雾的数值模拟研究,探讨了消雾的效果和机理,并针对催化剂的播撒量和播撒位置进行了两组敏感性试验.结果表明:在此次模...     

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。     

盐粉催化积云降水的数值模拟

本文利用二维直角坐标非定常积云降水模式模拟播撒盐粉催化降水过程.播撒是在云中一个网格点中一次引入盐粉,盐粉进云后碰并云滴长大并随云中气流移动和沉降.在计算盐粉成雨的同时还计算自然成雨. 计算结果表明,在合适条件下,盐粉催化后约半小时可出现增雨,增加雨量为10％—50％,它是播撒量的几千倍.盐粉直径小的降雨效率高,但在云中生长时间长,一般采用几十微米至一百微米直径的盐粉为宜.     

Mesoscale numerical simulation study of warm fog dissipation by salt particles seeding

Based on the dynamic framework of WRF and Morrison 2-moment explicit cloud scheme, a salt-seeding scheme was developed and used to simulate the dissipation of a warm fog event during 6–7 November 2009 in the Beijing and Tianjin area. The seeding effect and its physical mechanism were studied. The results indicate that when seeding fog with salt particles sized 80 μm and at a quantity of 6 gm~(-2) at the fog top, the seeding effect near the ground surface layer is negative in the beginning period, and then a positive seeding effect begins to appear at 18 min, with the best effect appearing at 21 min after seeding operation. The positive effect can last about 35 min. The microphysical mechanism of the warm fog dissipation is because of the evaporation due to the water vapor condensation on the salt particles and coalescence with salt particles.The process of fog water coalescence with salt particles contributed mostly to this warm fog dissipation. Furthermore, two series of sensitivity experiments were performed to study the seeding effect under different seeding amounts and salt particles sizes. The results show that seeding fog with salt particles sized of 80 μm can have the best seeding effect, and the seeding effect is negative when the salt particle size is less than 10 μm. For salt particles sized 80 μm, the best seeding effect, with corresponding visibility of 380 m, can be achieved when the seeding amount is 30 g m~(-2).     

On the influence of the physico-chemical properties of aerosols on the life cycle of radiation fogs

A one-dimensional model of radiation fog with detailed microphysics is presented. Aerosols and cloud droplets are treated in a joint two-dimensional size distribution. Radiative fluxes are calculated as functions of the radiative properties of the time-dependent particle spectra. The droplet growth equation is solved by considering radiative effects. Turbulence is treated by means of a higher order closure model. The interaction between the atmosphere and the earth's surface is explicitly simulated.Three numerical sensitivity studies are performed to investigate the impact of the different physico-chemical properties of urban, rural and maritime aerosols on fog formation. Numerical results elucidate that depending on the aerosol type used, the resulting fog events are completely different. This is particularly true for the times of fog formation and dissipation as well as for the liquid water content and supersaturations within the fogs. In the activated part of the particle spectra, the aerosol mass is very inhomogeneously distributed. The maxima of the curves do not coincide with the maxima of the corresponding liquid water distributions.     

2006年12月南京连续4天浓雾的微物理结构及演变特征

2006年12月24-27日南京地区出现了连续4天的浓雾天气,其中能见度小于50 m的强浓雾持续了40多个小时.利用FM-100型雾滴谱仪,连续观测了雾滴谱、数密度和含水量等微物理参量.结合自动气象站及能见度仪观测资料,分析了这次浓雾过程的微物理特征,并与1996年观测结果进行对比:雾滴的平均含水量和平均直径与1996年观测结果相当,含水量最大值比1996年观测结果大4倍,数密度比10年前小.认为前2个子过程的雾滴数密度、含水量很高,造成了南京奉次大雾能见度长时间低于50 m的恶劣天气.结合边界层探空资料,认为形成这种强浓雾的主要原因足近地层持续存在强盛的水汽平流,具有平流雾的特征.根据雾微物理参量的起伏变化,将浓雾过程分成4个子过稃,分析并比较了4个子过程的雾滴谱分布,总过程的谱分布及4个子过程的谱分布都服从Dcirmendjian分布,谱型都基本呈指数下降,雾滴主要集中存小滴段.最后,对第一个子过程微物理参量的变化特征进行了细致分析.发现这次浓雾是在夜间晴空辐射降温后形成的,午夜最强,日出后随着气温的升高逐渐减弱,反映了辐射雾的口变化特征.另外,还发现雾形成以后,开始变化不大,但随着进一步辐射降温,地面雾团不断产牛,雾爆发性发展.     

南岭大瑶山高速公路浓雾的宏微观结构与能见度研究

南岭山地地处南亚热带湿润型季风气候区,每年9月至次年5月有华南准静止锋活动时均会有浓雾发生,每月浓雾日可高达15—18 d,尤其是中国目前最长的京珠高速公路通过南岭主脉大瑶山的乐昌—乳源段,路面海拔高度从200 m增至800多米,山地的抬升使雾害更加严重。在南岭大瑶山高速公路开展的两次多学科综合野外观测,内容包括目测能见度、器测能见度、雾滴谱、雾含水量、系留探空、双参数低空探空、雾层湍流扩散、气溶胶粒子谱、气溶胶成分谱、雾水样品成分、雨水样品成分。对典型个例进行了天气学分析,雾的宏观结构特征分析,雾的微物理特征分析。认识到南岭山地浓雾发生频率高,雾害十分严重,是典型的平流雾和上坡雾,实质上是出现在相对较高海拔高度上的低云,与华南锋面活动尤其是华南准静止峰的活动密切相关,局地地形的作用也非常重要。其特点是浓雾持续时间长、能见度极其恶劣、团块结构明显、雾滴尺度大、浓度不高、含水量较大、雾层内的湍流扩散能力比晴空区强,与中国过去研究较多的辐射雾差别较大。发现雾含水量与能见度呈明显的反相关关系,含水量较大时能见度较小;南岭山地雾含水量等微结构特征量的起伏变化,除与雾体本身的结构不均匀有关外,一个重要的原因是平流因素的影响,南岭山地下垫面的不均匀性,雾体随环境风的平移过程中,不规则的爬坡、翻越山坡的运动是造成雾体结构不均匀、振荡起伏变化的另一个重要原因。该地气溶胶粒子谱是呈单调下降的幂函数谱,次微米粒子浓度甚高,南岭山地气溶胶中含有高浓度的硫酸盐粒子,是优质凝结核,有利于雾的形成。雾的存在可以清除大气中的微量成分,雾滴可以包含浓度很高的污染物成分。同时,较之云滴而言,雾滴也很容易被地表物体(如植被、建筑物等)的垂直表面所截获,构成另一类清除过程。在南岭这样的大面积森林地区,这类清除过程可能是很重要的。研究本地区雾的特征变化,对建立本地区雾的预警预报系统有很大的现实意义,并为开展消雾试验提供了基本资料。     

南京冬季平流雾微物理结构观测研究

利用Vaisala系留气球低空探测系统、自动气象站和雾滴谱光谱探测仪（FM100）等,对2006年12月24—27日南京市区及其周边地区出现的罕见浓雾过程进行了综合探测。结果表明,此次雾过程属于典型的平流雾,雾的发展及消亡过程主要受冷暖平流的影响。此次雾过程可分为生成、发展、维持和消亡阶段,期间的平均数密度为123.58-661.24个.cm^-3,平均直径为3.12-7.33μm,平均含水量为0.016-0.137 g.m^-3,最大直径为20.28-50.00μm。在生成发展阶段,雾滴谱逐渐上抬、拓宽,谱型由单峰逐步向双峰、三峰转化。单峰峰值直径为2μm,双峰2μm、16μm;三峰期间分别为2μm、16μm和23μm。在维持阶段,滴谱存在周期性振荡。雾滴谱的演变具有明显的日变化特征。     

雾天气向霾天气转化时气溶胶颗粒物的动力学特性

针对自然界中雾天气向霾天气转化的现象,提出建立和发展雾环境气溶胶颗粒物多效应的动力学模型。基于离散系统的颗粒群平衡方程和多重Monte Carlo算法,分别对雾形成阶段（凝并、冷凝和成核3个动力学事件占主导）、雾发展阶段（凝并、破碎、沉积和成核4个动力学事件占主导）和雾消散阶段（破碎、蒸发和沉积3个动力学事件占主导）气溶胶颗粒物平均体积、颗粒数目随时间的演变过程进行研究。结果表明：气溶胶颗粒物的初始体积尺度为1,经过雾的生命周期进入消散阶段时,尺度为0.0156的细小气溶胶颗粒数目迅速增加,1000 s时间已发展至初始值的8.12倍。研究结果解释了自然界中雾天气向霾天气转化的过程和物理机制。     

北京雾与霾天气大气液态水含量和相对湿度层结特征分析

为了研究空气中的水汽层结变化对雾、霾生消的影响,对北京2011年10月至2012年2月雾、霾天气个例中能见度变化和地基微波辐射计观测的相对湿度及液态水含量资料进行分析,结果表明:大气总液态水含量时序图对预报雾、霾没有参考意义,无论是大气总液态水含量数值的大小,还是大气总液态水含量随时间的变化都不能预测雾、霾的生成与消散。但不同时刻大气液态水含量的廓线图对雾、霾天气的预报还是具有指示意义的,因为雾、霾生消前后大气液态水含量层结变化明显。进一步分析不同情况的雾、霾天气发现:雾、霾生消前后均无降水出现和先出大雾后降水的情况,即降水后消散的雾、霾天气,大气相对湿度的变化和液态水含量的变化主要集中在3 km以下;对于先降水后出大雾的情况,整层大气相对湿度的变化都很明显,液态水含量的变化主要在3~7 km之间。由于降水既可以增加近地面的空气湿度,又可以消耗空气中的水汽,因此降水既是大雾形成的有利条件,也是大雾消散的有利条件。有降水出现的大雾天气,有饱和层(空气相对湿度达到或接近100%),无降水出现的重霾天气,则没有饱和层,且整体相对湿度偏低。     

广州地区春季污染雾的化学特征分析

使用2005年2～3月在广州地区采集的雾水样品资料,分析了广州地区污染雾雾水的化学组分;对3次典型污染雾过程雾水的离子浓度及其可能的来源进行了分析。广州地区的污染雾雾水中的诸离子浓度远高于雨水中的值,因而,雾不但造成视程障碍,而且是高浓度污染的液态颗粒物,对人体健康十分有害。在雾水中浓度最高的阴离子是SO4=, 其次是NO3-;在阳离子中Ca++、NH4+的浓度最高。雨水比雾水更酸,说明虽然雾水中的离子浓度较雨水高得多,但大量的离子成分中存在更多的缓冲物质,比如说NH4+和Ca++。雾水中的Ca++、SO4=、Mg++有明显的富集现象,广州地区的污染雾雾水主要受大陆环境和人类活动的影响。这期间广州地区出现严重污染雾与水汽充足和大量气溶胶污染粒子的存在直接有关。