AgI焰剂对层状云催化的数值模拟研究

使用包含详细微物理过程的一维层状云全分档模式,并加入AgI焰剂催化方案,对2007年吉林省长春市一次层状云降水过程进行AgI播撒试验。分别选取云内过冷水含量峰值区(4000m)、最大冰面过饱和度区(5000m)和低温度区(5500m)作为播撒试验区,播撒时间选择云体未充分发展阶段和充分发展阶段。结果显示,在同等播撒剂量下,地面降水对云内AgI播撒高度较为敏感。ST2方案模拟400min后地面累计降水量增加10.4%。同等条件下,播撒时间越早,催化效果越佳。在充分发展的云体内播撒AgI焰剂,40min后云内过冷水含水量减少70%以上,表明云内过冷水消耗量与地面雨强增加量之间具有良好的正相关性。4种播撒方案均显示,云内AgI主要靠凝华核化机制产生冰晶,而接触核化机制对AgI核化过程贡献较小。与未催化云体相比,催化后云内冰晶粒子总凝华速率增加明显。同时,地面雨强增加,最大雷达回波强度减小。地面水滴粒子谱分布显示,相比于未播撒时,各播撒方案均使直径400μm左右的水滴粒子浓度增加1个数量级以上,而水滴粒子谱宽均略有下降,这表明AgI播撒后主要通过增加可降水粒子数量来影响地面降水强度和累计雨量,而对降水粒子谱型拓宽的贡献有限。     

AgI焰剂对层状云催化的数值模拟

使用包含详细微物理过程的一维层状云全分档模式,并加入AgI焰剂催化方案,对2007年吉林省长春市一次层状云降水过程进行AgI播撒试验。分别选取云内过冷水含量峰值区(4000 m)、最大冰面过饱和度区(5000 m)和低温度区(5500 m)作为播撒试验区,播撒时间选择云体未充分发展阶段和充分发展阶段。结果显示,在同等播撒剂量下,地面降水对云内AgI播撒高度较为敏感。ST2方案模拟400 min后地面累计降水量增加10.4%。同等条件下,播撒时间越早,催化效果越佳。在充分发展的云体内播撒AgI焰剂,40 min后云内过冷水含水量减少70%以上,表明云内过冷水消耗量与地面雨强增加量之间具有良好的正相关性。4种播撒方案均显示,云内AgI主要靠凝华核化机制产生冰晶,而接触核化机制对AgI核化过程贡献较小。与未催化云体相比,催化后云内冰晶粒子总凝华速率增加明显。同时,地面雨强增加,最大雷达回波强度减小。地面水滴粒子谱分布显示,相比于未播撒时,各播撒方案均使直径400 μm左右的水滴粒子浓度增加1个数量级以上,而水滴粒子谱宽均略有下降,这表明AgI播撒后主要通过增加可降水粒子数量来影响地面降水强度和累计雨量,而对降水粒子谱型拓宽的贡献有限。     

电子显微镜观测AgI水溶胶的颗粒谱

为了解AgI水溶胶在人工降雨实验中的成冰能力,我们用电子显微镜对AgI水溶胶中的AgI粒子的谱分布进行了观测。结果表明:不同配方AgI水溶胶的颗粒谱分布略有差别,但同一配方不同浓度的AgI水溶胶的颗粒谱分布几乎没有差别。若取不同配方、不同浓度的九种AgI水溶胶样品的平均谱分布,则直径大于0.05μ的粒子占总粒子数的3％。如果假定这些粒子在低温下都能起冰核作用,则1克AgI的最高成核率为10~(14)/克。然而,当在播撒过程中AgI水溶胶的雾滴对AgI粒子的分散不利时,AgI成核率将低于此值;如果假定AgI水溶胶的粒子以冻结水滴的形式使云晶化,水滴冻结将引起冰晶繁生作用,这将会使AgI的成核率高于上述的估算值。     

碘化银消除过冷低云试验结果

给出了用碘化银(AgI)消除过冷低云时微物理量随时间演变的详细过程。飞机播撒 AgI 后,云滴数浓度不断减少,对应的云含水量随时间呈指数衰减;冰雪晶数浓度不断增加;由于冰雪晶凝华、撞冻、聚并导致冰雪晶尺度谱明显拓宽,最大雪晶尺度可达5400μm。这些过程并非瞬时发生而是缓慢进行的,一般在播撒后5分钟才有明显变化。     

层状云催化宏微观物理响应的数值模拟研究

层状云系是进行人工增雨开发利用空中云水资源的重要对象,增雨作业需要有科学可行的技术指标来指导实际作业的科学实施,而合理准确评估人工增雨作业的效果也是需要解决的重要课题,通过数值模式合理地仿真模拟实际催化作业的过程,进而研究增雨作业后云和降水的一系列宏微观特征的变化及其机理,是建立和改进催化作业技术的必要途径,也是评估实际人工增雨作业效果的有效手段。本文使用三维中尺度冷云催化模式对2014年4月15日河北省一次层状云降水的飞机催化作业过程进行了仿真模拟,力图对实际作业过程进行合理再现,通过对模拟结果的分析,研究飞机播撒的AgI（Silver iodide）催化剂在空中的扩散传输特征,分析催化对云和降水宏微观特性的影响,并对此次飞机催化作业的增雨效果进行评估。研究结果表明,播撒的AgI催化剂烟羽扩展的水平尺度可达数十公里以上,垂直方向上,大部分AgI粒子则主要集中在作业层上下约1 km的厚度范围内,AgI粒子的向上输送明显强于向下的输送;催化后云中的冰晶和雪粒子明显增加,导致催化模拟前期的霰增长受到抑制,之后随着霰碰并雪过程及零度层附近冰相粒子淞附过程的增强,云中霰的总量逐渐增加;催化作业后,催化云的雷达回波强度有明显增强,且随时间变化表现出不同的结构特征;催化导致地面降水出现先减少后增加的时间变化特征,催化后3小时,作业影响区向作业区下游扩展100 km以上,总体呈现减雨—增雨的区域分布特征;数值模拟评估表明,整个评估区内的净增雨量达到3.6×107 kg,平均增雨率为1.1%,暖层霰粒浓度和尺度的增加是降水增加的主要原因。由于作业目标云系的催化条件一般,而播撒的AgI剂量偏大,造成增雨作业效果偏低。     

碘化银、液态CO2播撒对流云防雹增雨的数值模拟

利用三维对流云模式对2001年8月23日发生在北京的降雹性对流天气过程进行播撒模拟和分析。结果表明，无论播撒剂为碘化银（AgI）还是液态CO2（LC），在最大过冷水区播撒均比在最大上升气流区播撒效果好。在最大过冷水区（温度0～-10℃）播撒时，AgI播撒消雹增雨的效果均优于LC播撒。在最大上升气流区（温度8～-7℃）播撒时，LC播撒的增雨效果要好于AgI播撒，而AgI播撒减雹量较大。对本例而言，无论哪种播撒方式，播撒时间越早，采用合适的剂量进行催化，消雹增雨的效果越好。在云体发展成熟之前播撒均可以取得消雹增雨的效果，而云体发展旺盛或发展后期播撒则会导致雨水减少，降雹增多。     

一种纳米纯AgI气溶胶的制备方法 及其成冰核活性的检测

将100mg纯AgI粉末置于一个气氛炉的汽化管内加热到1600℃使之汽化,再利用高压空气将气态AgI爆冲到一个容积为2m~3的金属容器里,骤冷后形成AgI气溶胶。用碳支持膜对形成的AgI气溶胶粒子自然沉降取样,然后用X射线衍射仪和电镜检测其成分和粒子尺度。检测表明:粉末状纯AgI经汽化—冷凝产生的气溶胶其成分仍为纯AgI,粒子尺度在0.84～34.6nm,峰值直径约为2.17nm。为了验证产生的纳米纯AgI气溶胶在冰核化中是否具有成冰核活性,用15L混合云室分别在云室中有冷雾和无冷雾两种条件下定量注入纳米纯AgI气溶胶,检测了它们在不同温度下的成冰核效率,检测结果是:在云室中有-10℃冷雾时,成核率为1.1×10~(11)个·g~(-1),在云室中-10℃无冷雾时,成核率约为3.4×10~(10)个·g~(-1)。     

机载碘化银（AgI）播撒器的使用与维护

在人工影响天气外场作业中，为了得到更好的人工增雨催化效果，根据实际天气云层条件，今年我办采用了液态二氧化碳（LCO2）和碘化银（AgI）两种催化剂相结合的催化方式进行人工增雨作业。机载碘化银（AgI）播撒器是我办研究人员参照美国的“Lohse—WMI”机载碘化银（AgI）播撒器而研制的一套新的播撒设备。它适用于层状云和积云的人工催化播撒，     

卫星遥感人工增雨作业条件 I: 对流云

利用卫星反演技术和云微物理分析方法,针对云微物理结构和降水形成过程探讨可播性、播撒方式,通过对不同类型对流云分析,归纳出4类可播云系,分析表明:1)重污染深厚对流云,当云底粒子有效半径小于7 μm、凝结增长带深厚、降水启动厚度大于20℃、碰并增长带薄、无雨胚带、晶化温度低于-30℃时,可播撒吸湿性核或播撒AgI.2)强上升冰雹云,若云外型强对流特征明显、各增长带增长缓慢、无雨胚带、晶化温度低于-30℃,且云顶附近存在明显的有效半径减小带,可播撒吸湿性核或播撒AgI.3)强上升强降水对流云,云底滴较大,通常大于10 μm,碰并增长较为充分,晶化温度低,一般低于-30℃,冰晶化延迟明显,冷云降水发展不充分,通过在0℃层附近播撒AgI促进冷云降水.4)污染性浅薄对流云,当云底有效半径小于10 μm、凝结增长带深厚、碰并增长带薄、无雨胚带、云顶有效半径小于14 μm、云厚3～6km,可播撒吸湿性核.     

以色列播云试验评述

1.目的Gagin 和 Neumann(1 980年)阐述了以色列播云试验的目的是:验证在以色列的Kinneret 湖汇水区(Tiberias 湖和 Galilee海),用飞机直接播撒碘化银并用地面碘化银烟雾发生器补充,对冬季大陆性积云进行催化以增加降雨的可能性,并确定可获得播云     

跨区域人工影响暴雨强度的数值模拟Ⅰ:条件分析及增雨模拟

利用IAP三维云模式对2005年7月一次强暴雨过程上游的水汽通量进行了人工影响试验．模拟和分析发现，AgI播撒速率的选择对增雨效果影响较大，仅当播撒速率在0．07g／s以下时才有增雨效果；过冷云水发展到极大值时，以0．05g／s播撒AgI获得的增雨效果最好，播撒过程使得自然云内的冰晶和雪晶出现的时间提前，含量明显增加。     

汛期密云水库水质中Ag变化特征分析

针对汛期(5—9月)在密云水库上游流域开展飞机、火箭播撒AgI催化剂为主的人工增雨作业,利用2004年6月至2008年9月水库Ag定点定期连续监测数据,分析了水库水质Ag平均浓度值在汛期年变化特征,及与水库蓄水量的变化关系,得出汛期Ag从2004—2008年年变化幅度由大逐渐趋于平缓,且北京奥运期间Ag平均浓度值与2007年同期持平,并未出现超标。     

美国 WP-3D 气象飞机

1978年12月,美国有两架气象飞机参加了在南中国海及其邻近地区进行的冬季季风试验。一架是伊莱克特拉(Electra)L-188C,属NCAR(国家大气研究中心);另一架是 WP-3D,属 NOAA(国家海洋大气管理局)所有。试验期间,笔者曾随时参观过这两架飞机在南中国海上空进行的探测活动 L-188C 的情况国内已有过介绍,现将 WP-3D 的性能及其探测设备等情况介绍如下。一、WP-3D 飞机性能WP-3D 是在 L-188C 基础上,也是由洛克希德公司改进制造的四台涡轮螺旋桨远程飞机。两者的外形尺寸很相近,但 WP-3D 的航程更远,性能更好,更适合于在海洋上空作远     

冰雹云中累积区与冰雹的形成的数值模拟研究

应用三维冰雹云模式对陕西旬邑地区的一次降雹过程进行模拟,结果表明:冰雹云中存在过冷雨水的累积区,其出现在最大上升气流之上,其中累积的过冷雨水含量随着云的发展而变化.冰雹生长在此累积区内.催化试验结果表明,在过冷雨水的累积区内播撒AgI粒子能取得较好的防雹效果.     

2002年秋季陕北地区一次锋面云系综合探测分析

使用载有粒子测量系统(PMS)、卫星全球定位系统(GPS)的飞机对2002年9月13日陕北地区一次降水性层状云系进行了有设计的催化、探测飞行。获取了云微物理背景值和影响值，分析发现：催化影响区内小冰晶数量产生了量级上的增加，雷达RHI融化层出现的局部凸起，可能是播撒液态二氧化碳催化后过冷云水消耗释放的溶解潜热导致融化层局部升温上抬形成。     

人工影响天气飞机播云作业有效催化范围的模拟评估

针对人工影响天气飞机播云作业效果评估需求,提出一种基于拉格朗日粒子扩散模式FLEXPART-WRF的催化剂催化范围模拟评估方法.以典型催化剂碘化银为例,开发催化剂物理化学特性参数清单模块,结合飞机播云特点和模式源项特点,将飞机不规则线性播撒方式离散化为连续移动点源播撒方式,实现模式对飞机播云的模拟能力.通过对一次飞机播云作业的模拟试验,证实了模拟评估方法的可行性和有效性.     

2008年奥运会开幕式日人工消减雨作业中尺度数值模拟的初步结果

2008年8月8日,在2008年北京奥运会开幕式举行之际,北京及周边地区出现了较强对流云团,给国家体育场内开幕式活动的顺利进行带来了极大威胁。根据云系的发展状况,北京市人工影响天气办公室有针对性地组织实施了大规模地面火箭人工消减雨作业,对抑制云、降水的形成和发展起到了一定作用。在中尺度数值模式MM5的Reisner2方案中引入了AgI粒子与云相互作用的过程,在MM5中实现了催化功能。参照2008年8月8日20:05至20:12进行的消减雨作业情况,利用加入催化方案的中尺度数值模式对该作业进行了数值模拟试验,就不同的播撒量对催化效果的影响进行了研究,并对其中的微物理机制进行了分析。研究结果表明:AgI播撒率对降水量改变影响很明显,当以5g·s-1的速率持续播撒AgI7min,在播撒作业后2h,催化区域内均表现为减雨,2h后为增雨。对于减雨的微物理机制主要是由于大量播撒AgI后导致空中云水大量减少,进一步导致霰减少,霰的减少导致雨水的减少;而2h后的增雨机制则是由于在雨水、云水、霰以及温度之间形成了正反馈,最终导致地面降水的增加。需要指出的是由于单参数方案的局限性,模拟的最大减雨率仅为8%～12%,离消雨的要求尚有差距,应利用双参数云方案作进一步模拟研究。     

前进中的内蒙古人工影响天气事业

内蒙古自治区人工影响天气事业经历了50多年的风雨历程。目前,全区已有8架飞机（其中自购5架）、283部火箭、592门37毫米高炮、20座地面磺化银烟炉,开展人工增雨（雪）和人工防雹作业。近年来,全区年均飞机作业133架次,火箭作业1168点次,地面烟炉作业100余次,     

LC播撒设备研制与播撒试验

研制出一套适于陕西播云作业的液态二氧化碳(LC)播撒设备，开发LC催化技术方法，通过试验得出最佳播撒速率，提高作业效果；根据播云作业需要提出技术指标，并进行地面、空中试验(包括静态、动态试验)。结果表明：LC的纯度是决定喷撒质量的关键；当环境温度较高时LC小粒子浓度较高，谱型较窄，当环境温度较低时粒子谱明显拓宽，峰值浓度降低；地面使用0．6mm喷头，喷撒速率为10～12g／s，喷头距离激光束为10cm时，PMS粒子测量系统检测到LC粒子谱宽在0．5～175pm之间，小粒子平均总数密度为146个／cm^3。冰雪晶平均总数密度为71个／L；陕西春、秋季适宜催化的降水云系云体温度较高，LC宜作为播云首选冷云催化剂。当播撒率为10～12g／s时，作业数分钟后．机载PMS粒子测量系统和地面雷达检测到云物理响应参数与云的本底值对比分析证明：播撒LC有利于云水向雨水的转化，催化效果较好。     

西安市一次晴空气溶胶粒子的观测分析

1982年夏季,我国第一架装有PMS粒子测量系统的气象科研考察飞机在西安市首次进行大气物理科学考察。本文仅对6月8日西安城市晴天大气气溶胶粒子观测。资料进行了初步分析。结果表明:西安市晴天气溶胶粒子(直径0.5-8μm)浓度值范围在4×10~0-3.8×10~1个/cm~3,分布趋势随高度递减,逆温层对粒子垂直输送有阻滞作用。同时对气溶胶粒子谱分布及谱分布函数作了探讨,并对一些参数进行理论计算。