内蒙古中部地区一次飞机人工增雨效果检验分析

利用卫星、雷达、区域自动气象站雨量等资料,运用区域对比分析方法,对2016年5月23日内蒙古中部地区一次飞机增雨作业天气进行效果分析。分析结果发现:在作业前云顶温度-8℃,云粒子有效半径16.28μm,过冷水较丰富,具有一定的增雨潜力;作业后各项云参数、雷达参数以及地面降水量均有所增长;而对比区各项云参数在作业前后变化不明显或减小,地面降水量有明显下降趋势。因此认为该次增雨作业是一次较为有效的增雨作业过程。     

卫星遥感人工增雨作业条件 II:层状云

通过卫星多光谱资料的定标,利用可见光反射率、3.7 μm和11 μm辐射亮温,反演了云顶粒子有效半径、云顶温度等云特征参数.运用图像合成技术,建立了反映云宏、微观特征的RGB合成图.利用发展的多光谱云微物理综合分析方法,通过极轨卫星分析了不同过冷层状云及其降水特征,结合增雨假设,总结出适宜人工增雨作业的卫星判据为:云厚大于1.5 km,云顶温度-5～-15℃时,有效半径小于25 μm;或云顶温度-15～-25℃时,有效半径小于15 μm.利用可见光反射率、云顶温度和有效半径多阈值建立人工增雨播云等级和分级显示.通过静止卫星跟踪云系演变,进一步确定播云部位和作业时机,指导人工增雨作业.     

人工增雨效果物理检验方法的建立及应用

本文针对基于多源探测数据的人工增雨效果物理检验,建立对比区选取的相似性度量系数（APC,Analogy Deviation-Pearson Correlation Coefficient）,建立人工增雨效果物理检验的无量纲化指数PIDI（Physical Inspection Dimensionless Index）方法。结果表明:（1）人工增雨效果物理检验PIDI指数方法,能够实现以相似性度量系数APC最大程度削减增雨作业催化云体及降水的自然变率影响,以无量纲化处理方法综合多种具有量纲差异的云物理探测参数,最终以一个百分数变化率的数值形式综合度量多种云物理参数的整体变化趋势及程度。（2）应用PIDI方法对2014～2019年24架次飞机增雨作业进行增雨效果物理检验。人工增雨催化引起作业后3 h的云顶温度、云粒子有效半径、光学厚度、液水路径、组合反射率、≥30 dBZ回波面积、垂直累积液态含水量7项指标平均变化率3.4%～19.6%。18次作业的小时降水量变化率呈0～58.3%的增雨效果,6次作业的小时降水量变化率呈?37.5%～0的减雨效果。多数增雨作业引起的云物理参数变化明显小于降水变化。（3）具有增雨正效果的18次增雨作业,人工催化引起多数作业的云顶温度、组合反射率、垂直累积液态含水量呈增加趋势,多数作业的云粒子有效半径、光学厚度、液水路径呈减小趋势。（4）利用飞机增雨个例对比PIDI指数方法与K值方法异同。对于降水量变化趋势的检验二者具有一致性。二者差别在于PIDI指数方法能够反映人工催化引起的所有检验指标平均变化率。     

广州亚运开幕日人工消(减)雨作业的物理响应分析

2010年11月12日广州亚运会开幕日当天对广州西部降水云系实施了飞机人工消(减)雨作业。对实施人工消(减)雨作业前后FY-2C/D静止卫星资料反演的云顶高度、云顶温度、云粒子有效半径、液水路径等4个云参量的时间序列变化特征进行分析,初步明确了此次飞机人工消(减)雨作业的物理响应,结果显示:作业后,云顶高度高的云系面积减小,整个目标云系迅速收缩;针对冷暖云层分别采用冷暖云催化剂进行催化,作业后冷云层很快消散;作业目标云系的云粒子有效半径在母云系的云粒子有效半径增加时出现不断减小的情况,这与催化后降水提前产生,大粒子从云体落至地面,使得目标云中大粒子越来越少有关;云中垂直液水含量在作业后迅速减小。     

一次飞机人工增雨作业中云宏微观特征分析

该文利用机载激光云降水粒子探测数据、FY-2G静止卫星资料及其反演的云参量、上机宏观记录资料和当日08时探空资料,详细分析了2020年5月28日在贵州省西北部开展的一次飞机人工增雨作业过程中和作业后的云的宏微观物理参数。结果表明：①作业前拟作业区域有云系覆盖,云体亮度在-5~-14 ℃之间,云顶高度为3~4 km,云顶温度在0~-10 ℃之间。作业后3 h内云体亮温值明显下降,云顶温度降低至-30 ℃左右,云顶高度明显抬高,作业区5 km的范围有所扩大,表明作业后云体发展;②云降水粒子测量过程中发现,云粒子主要出现在5~6.3 km之间,降水粒子则主要存在于4~4.5 km之间,相同时刻所测量到的降水粒子比云粒子数浓度少1个量级。不同温度层级的粒子形态也不一致,0~-4.7 ℃主要是柱状冰雪晶,-6.5~-7.2 ℃主要是宽枝状、针状聚合体冰雪晶。     

利用FY-4A卫星反演产品对飞机增雨作业的分析

本文利用FY-4A卫星反演的云降水微物理特征参数,分析了2018年10月8日的一次飞机增雨前层状云的微物理结构和特征参数变化,得到四川盆地秋季层状云增雨潜力区的分布,结果表明:①此次作业过程,四川盆地大部分地区覆盖中低云,局部有高云,中低云含有丰富的过冷水,云底粒子较小10～15μm,主要通过凝结过程增长;②此次作业过程,云系随时间的演变特征为从中午到傍晚,云层加厚,云顶升高,粒子有效半径增长,有大片过冷水区,但是缺乏大滴和冰晶,降水不充分;③在无高云配置下,中低云区产生的地面降水较小,而有高低云共同配置和粒子有效半径较大的地区,降水更为充沛;④利用统计检验中的区域对比分析、双比分析和区域历史回归分析方法对本次飞机增雨进行分析后表明,对具有丰富过冷水区的中低云进行人工引晶后,绝对增雨量分别为1.81mm (对比分析)、1.26mm (双比分析)、1.69mm (区域历史回归分析)。利用FY-4A卫星反演方法能够提供云和降水高时空分辨率的物理特征参数演变,丰富了云和降水宏微观物理信息,为人工增雨判别增雨潜力区和准确把握增雨时机提供了一种新的方法。      

高纬地区一次飞机人工增雨作业综合分析

利用现代化人机交互气象信息处理和天气预报制作系统(Meteorological Information Comprehensive Analysis and Processing System,M ICAPS)常规数据、全球/区域同化预报系统耦合中国气象科学研究院的复杂云微物理方案(Global/Regional Assimilation and Pr Ediction System_Chinese Academy of M eteorological Sciences,GRAPES_CAM S)云模式产品及卫星数据反演产品等资料,基于云降水精细分析系统—东北版(Cloud Precipitation Accurate Analysis System_North East,CPAS_NE)平台,对2016年5月24日黑龙江省一次飞机人工增雨作业过程进行了分析。结果表明:在高空冷涡和地面低压的共同影响下,人工增雨作业目标区云层较厚、过冷层厚度较厚,且具有一定量的过冷水,同时雷达显示存在大面积片状层状云回波,具有较好的增雨催化潜力,云带深厚且垂直累积液态水含量较高时段为最佳增雨作业时段。人工增雨作业区与对比区的催化效果物理检验表明,作业效果在地面降水量方面表现明显,而雷达回波变化较小,卫星反演产品中作业区的黑体亮温温度降低较快、云顶温度有所下降、云顶高度略降低,宏观物理检验表明此次人工增雨作业催化效果较好。人工增雨作业后过冷层厚度降低表明催化剂消耗了云中的过冷水,光学厚度增加表明过冷水滴迅速增长成大滴,粒子有效半径在作业中降低表明催化剂在消耗云中的云粒子,利用反演的微观物理参数检验了此次飞机人工增雨催化作业的过程。     

一次增雨作业的FY-4A卫星反演分析

本文利用FY-4A卫星对2019年5月四川盆地实施的一次人工增雨减轻空气污染作业条件进行分析，综合分析增雨可播性，判别增雨潜力区和作业高度，为开展人工增雨作业提供可靠的依据，然后利用多普勒天气雷达、地面气象台站、空气质量指数、颗粒物污染物浓度等多种数据资料分析人工增雨作业前后作业云体宏观情况和空气质量、雨量的变化，对其作业效果进行分析。结果表明:(1)5月12日四川盆地西部有云系发展，作业前6小时作业区附近主要为积层混合云，存在大量过冷水，红色对流泡云顶温度约为-30℃，粒子有效半径为15～40μm，作业前0～3小时作业区位于深厚对流降水云边缘，云顶温度约为-40℃，粒子有效半径为7～40μm，作业区南部有大片积层混合云，提供大量过冷水；(2)作业区内，高低空配合的环流场形成了较有利的降水形势，作业云体过冷水丰沛，增雨潜力较好，符合人工播撒催化剂条件，适宜开展人工增雨作业；(3)经过人工增雨作业后，作业区雨量峰值降雨时间延长，总体雨量增加，作业区的AQI从82降到29，PM₁₀从94μg/m3下降到28μg/m3，PM_2.5从49μg/m3降到17μg/m3，而3个对比区没有实施人工增雨作业，空气质量指数持续超标数小时。      

2009年天津地区首场降雪过程分析

基于NCEP再分析资料、多普勒天气雷达产品与风云卫星云参数反演产品,对天津地区2009年的首场降雪过程进行了分析,研究表明:①造成此次降雪的主要天气系统是东移高空槽和地面倒槽;②降雪回波具备典型层云稳定性降水回波的特点,最强回波不超过35 dBz,伴随着降雪结束,回波顶高有所下降;③降雪过程云粒子有效半径数值维持在20μm,云体过冷层厚度、云顶高度较大,云顶温度在-30℃左右.随着降雪结束,云粒子有效半径、云体过冷层厚度和云顶高度数值逐渐减小,云顶温度则有所升高;④地面降水量和云粒子有效半径、云顶高度、云体过冷层厚度呈现正相关,与云顶温度呈现负相关.     

冷云催化宏微观物理响应的探测与研究

2014年4月15日河北省中南部出现一次回流西风槽天气过程,河北省人工影响天气办公室对该天气过程作了飞机云物理探测和增雨作业,并专设飞行航线以研究作业前后云的宏观、微观物理响应。利用机载PMS观测资料,结合雷达、卫星观测资料分析,发现该次降水过程云系特点是上层"槽前云"较弱,下层"回流云"较强,无高云;作业探测过程中云中下沉的降水粒子在"回流云"中增长,该层出现大量直径在3 mm以上的降水粒子;作业层内小云粒子浓度普遍在20 cm~(-3)以上,最大值为300 cm~(-3),大云粒子浓度低于0.02 cm~(-3)。作业后宏微观物理响应包括:作业区FY-2E卫星云图亮温在1 h后由-25℃降到-30℃左右,中云发展,其云顶抬高;雷达反射率因子催化作业后升高,最强达45 d BZ,35 d BZ以上的雷达回波区面积增加;从雷达剖面图上看,强雷达回波区下沉了500~1000 m。机载PM S观测资料显示,作业后云中小云粒子、大云粒子浓度都有增加,降水粒子浓度经历了先降后升的过程,持续时间约25 min。粒子谱呈双峰分布,第二峰在10.5μm;粒子浓度在直径在10.5~150μm区间内呈指数递减,直径在150~1000μm区间内粒子浓度变化不大而粒子直径迅速增长,大于1000μm粒子浓度急降与粒子沉降有关;作业后有效粒子直径向大值方向偏移,平均直径、平方根直径和立方根直径分布频谱变宽,粒子分布更离散。作业后影响区地面雨量增加,影响时间在作业后3 h之内。     

基于CERES资料的新疆云物理参数时空分布特征

利用2011—2020年ERA5再分析降水资料、CERES云物理参数产品，分析新疆云参数的时空变化分布特征，归纳总结云物理参数与降水的相关性，结果表明：1）云水路径（冰相）值、云粒子有效半径（冰相）、云光学厚度与降水量的空间分布一致，均为山区最大，北疆次之，南疆最小。2）夏季（6—8月）在南、北疆、山区云水路径（液、冰相）、云顶（底）温度、云光学厚度与降水量呈同位相变化；云粒子有效半径（液、冰相）、云顶气压与降水量呈反位相变化。3）夏季（6—8月）北疆、山区的云水路径（液、冰相）值、云顶（底）温度、云光学厚度，南疆云光学厚度与降水量呈正相关；北疆云粒子有效半径（冰相），南疆云粒子有效半径（液相）、云顶气压，山区云粒子有效半径（液、冰相）、云顶气压与降水量呈负相关。     

2014年长江流域三次暴雨过程卫星云图释用研究

本文利用实况探空资料和风云2C、2D卫星探测资料,对2014年7月西太平洋副高与西风带低槽共同作用下长江流域出现的三次暴雨过程进行分析,将三次过程卫星云图以及各种物理要素场配置进行对比,得到以下结论。云系表现为典型的梅雨锋云系特征,云系位于高空槽前580线与副高外围588线之间。降水云带由对流云团、稳定性降水云团及混合性降水云带三部分组成。梅雨锋中的MCC云团十分活跃。随着云团最强对流的逐渐减弱,云团面积迅速膨胀,并持续数小时后很快减小,强降水主要发生在云团发展和成熟期中。强降水还与对流有关,降水强度总体上跟TBB强度呈反相关,TBB越低降水越强。梅雨锋云系的分布与各层的垂直速度场、涡度场、散度场有很好的对应关系,与中高层的涡度平流场也有较好的对应关系,云带总体位置与上升运动区、低层辐合和高层辐散区、正涡度平流区位置近乎重叠。比湿通量、比湿通量散度和假相当位温等温湿参量的分布特征能很好锋面云带的移动、发展和分布特征。      

四川盆地南部一次冬季飞机增雨作业个例分析

本文利用MICAPS资料、自动站资料、卫星反演产品和GRAPES人影模式产品等,采用统计和物理检验相结合的方法,对2015年12月13日一次飞机人工增雨作业进行了分析。结果显示:受高空低槽东移影响,四川南部出现一次降水过程,且云层具备催化潜力;催化作业后,作业效果明显,作业影响区的云系持续发展,云顶高度升高,云顶温度下降,过冷层厚度增加,降水量持续增加,污染物浓度降低,作业影响时效可达3小时;作业对比区的降水不充分,且物理量无明显变化。      

山西省2008—2010年64架次飞机云物理观测结果分析

利用山西省2008—2010年64架次云结构的飞机探测资料,结合地面观测和卫星数据统计分析了层状云系的宏微观特征。结果表明:降水云和非降水云系的微物理特征量,两者存在显著的差异,层状云要达到降水,云的厚度要达到近2000m;粒子尺度分布云粒子有效半径要达到10~14μm,降水性层状云低云含水量垂直方向上平均为0.03g/m3,中云含水量垂直方向上平均为0.05g/m3,;避光高层云-层积云、雨层云降水过冷水的最大值出现在距0℃层高度以上500m附近,其最大值分别为0.61,0.42g/m3;透光高层云降水过冷水的最大值出现在距0℃层高度以上300m附近,其值为0.28g/m3;云中水分按不同粒子尺度的分配可以看出,直径20、30μm的粒子含水量较高,对云中液态水含量的贡献较大,降水粒子主要由20、30μm的粒子转化;降水性层状云在垂直方向上的微物理结构特征非常明显,也是分层的。高层主要是冰相粒子,是冰雪晶,随高度降低冰雪晶的尺度增大,在4个典型温度层的观测中,液态含水量、云粒子及降水的浓度、尺度相较有很大不同。     

河北春季一次飞机人工增雪的综合分析

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根据云系特点首次采用多层次水平催化和垂直验证的方式对层状云进行人工催化和探测。本文利用机载仪器所取得的飞机探测资料,结合实时天气、卫星、雷达、探空和雨量观测资料,分析了河北春季层状云增雪作业的技术指标,探讨了航测微物理参量和卫星、雷达、探空等资料在作业中的应用。结果表明：云在发展期雷达回波由15 dBZ逐步上升到25-35 dBZ,卫星反演的云顶高度、云顶温度、有效粒子半径、光学厚度等都有增加;云在中后期有效粒子半径、光学厚度、液水路径迅速下降,雷达回波同时减弱。在高度3 177-5 723 m之间过冷云滴达100-700个/cm^3,含水量在0.01 g·m^-3左右,最大0.081 g·m^-3,云粒子主要在此增长,形成降水粒子,该区间适宜催化。作业后,影响区内云体发展,雷达回波增强,出现35 dBZ强回波,且强回波中心扩大;卫星反演的云顶高度、光学厚度等比对比区有明显增加。     

一次高原低涡切变东移引发的持续性特大暴雨过程分析

利用常规观测的地面和高空资料、地面加密自动站资料、美国国家环境预测中心(NCEP)提供的一天4次1°×1°再分析资料以及FY2E卫星TBB资料,对2013年7月15～19日高原低涡切变东移诱发的四川盆地特大暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:强降水落区发生在副高边缘西北侧的不稳定区域内,低层和地面冷空气扩散南下是触发特大暴雨发生的关键因素。强降水主要出现在MCS系统发展和成熟阶段,最大降水出现在MCS中心最冷云顶面积达到最大的时候。中低层水平湿Z－螺旋度负值区域分布与相应时刻的降水落区和天气系统有较好的对应关系。垂直分布上,暴雨区低层正涡度、水汽辐合旋转上升与高层负涡度、辐散相配合,是触发暴雨的有利动力机制。      

三江源地区对流云吸湿性催化的数值模拟

采用二维分档对流云模式,模拟研究了不同的云凝结核(CCN)背景下三江源地区对流云及其降水的发展,以及吸湿剂的催化效果。结果表明:该地区对流云以冰相过程为主,霰粒子在降水发展过程中具有支配性的作用;初始CCN数浓度增加使降水延迟、降水量减少;催化效果在初始CCN数浓度较高的环境下更好;在云发展的早期,于云底上升气流区播撒吸湿剂,能够获得较好的降水增加效果;对催化结果起决定作用的是粗粒子,小粒子对催化起到负作用。这些结果表明,在合理的催化方案下对该地区作吸湿性催化能得到较为理想的增雨效果。