河套低压降水性层状元的云雨特征

1963—1978年,使用飞机,对河套低压的降水性层状云作了21架次的云雾物理探测,结合天气分析与统计计算发现: 1.系统各部位层状云云状不一,对应云层的宏观特征及降水强度也有差别。 2.系统的平均冰质点浓度在 10~(-2)个/升—10~2个/升之间,其各部位浓度、浓度的垂直分布及晶形出现频数都不一样。液态含水量在 0—0.77克/米~3之间,平均为 0.122克/米~3,各部位液态含水量虽有差别,但都是正温层较大,负温层较小,到-10℃层以上已很少见液态水存在。 3.系统层状云的降水强度和系统部位、云厚、正温层厚度、云底温度以及平均液态水含量相关较好,而和云顶温度、冰云厚度及冰质点平均浓度相关不好,可用—多元迴归方程来拟合     

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。     

陇中黄土高原一次秋季层状云微物理结构及适播性分析

利用陇中黄土高原地区一次机载PMS粒子测量系统的云探测资料,研究该地区秋季典型层状云系的微物理特征,并讨论层状冷云适宜催化作业的指标。结果表明:(1)层状云系由高层云和层积云组成,在0℃层和-3~-4℃层,云粒子浓度与液态含水量存在极大值;(2)小云粒子和大云粒子浓度分别主要由3.5—10μm、50—200μm粒径段的粒子浓度决定,最大值超过100个·cm~(-3)、100个·L~(-1),与平均直径分别呈正相关和反相关,并且小云粒子高浓度区对应高液态含水量区;(3)不同高度和过冷水含量区小云粒子谱均为单峰型,大云粒子谱均为混合型;(4)此次层状冷云适宜催化作业的指标有:云系处于发展期,云高为5.5~6.3 km,温度为-6~-2.8℃,LWC≥0.05 g·m~(-3),小云粒子和大云粒子浓度分别在3.5—15μm、150—200μm粒径段各自有101个·cm~(-3)、10~1个·L~(-1)量级的高值区。     

一个缓慢移动的中尺度对流复合体内层状降水区的微结构分析

本文对一个中纬中尺度对流复合体层状降水区的微物理结构,结合雷达、卫星和其他飞机观测资料进行了分析.结果表明,MCC层状区内某些部位盛行冰晶聚合体,它们分布在相当厚的过冷气层内(0.5—-14℃或更冷).冰晶聚并过程足层状区内降水质点增长的主要机制.它起源于较高较冷的气层,在冰晶聚合体下降途中聚并效率渐趋增强,在0℃层附近形成一大的冰晶聚合带. 层状区中云滴液态含水量一般低于0.3g·m~(-3).0℃层以下降水质点数浓度较低,平均为0.8L~(-1)(2D-P资料)和2.3L~(-1)(2D-C资料),相应的平均体积中值直径分别为1.0和0.6mm.在0—-10c气层内,冰质点平均数浓度为27L~(-1)(2D-P资料)和133L~(-1)(2D-C),远人于0℃层以下的雨滴数浓度,相应的平均体积中值直径为0.8和0.4mm.冰质点数浓度随高度向上增加,在飞机垂直探测的顶部(6600m高度)观测到最大数浓度52L~(-1)(2D-P资料)和289L~(-1)(2D-C资料).冰质点大小则相反,是随高度下降而增大的.在0℃层附近冰晶聚合体较大较多,冰质点中15％以上是聚合体,2D-P探头观测的冰质点平均体积中值直径达1.8mm. 滴谱分析表明,负指数律分布能较好地拟合所有观测的降水质点大小谱分布.对水滴,斜率参数λ平均为17(±3.6)cm~(-1),相对变差不超过20％,在云模式研究中可以近似地假定λ是常数.然而,对冰质点样本,λ值可相差3倍以上,小能当作常数处理.至于截距参数N_0,不论是水滴还是冰晶样本,都是变量,其值可有2—3个数量级之差.但是,N_0与λ之间数值上相关很好,据此可以将降水质点谱简化为单参数分布.     

河北省降水性层状云宏微观物理特征

利用2009年河北省春秋季17架次飞机宏观观测资料和相应的机载PMS云微物理探测数据,经过回放处理、筛选和计算,统计分析近年河北省降水性层状云物理特征。结果表明：河北省降水性层状云是以Ns、Sc、As为主的多层云系,且多伴随有干层结构。云底平均高度、过冷层厚度、0℃层高度分别为2002、1106 m和3811 m。微物理方面,云滴数浓度平均为54.6 cm^-3,平均直径为8.64 μm。云粒子浓度和尺度均比20世纪90年代各特征值有所减少。统计计算的降水性层状云中液态水含量为0.13 g·m^-3,远大于20世纪90年代的值。     

华北地区春季一次层状云的微物理特征及可播性分析

利用2013年4月4日河北中部地区一次针对降水性层状云系催化作业的飞机探测资料,结合气象信息综合分析处理系统(简称Micaps)、卫星和加密雨量等观测资料,对该层状云的微物理特征及人工增雨作业条件进行了综合分析。结果表明,此次过程为典型降水性层状云,作业层中小云粒子平均浓度为147个/cm3,最大浓度为737个/cm3,平均直径4.29μm。云中含水量平均值为0.03 g·m-3,最大值为0.51 g·m-3,冰晶谱浓度最大值为1.12×10-3个/(cm3·μm1),适合播撒作业。作业影响区和对比区雨量变化表明,作业后3~4 h影响区雨量增加最为显著,为对比区雨量的1~3倍,可以认为作业有一定效果。此外,作业区和对比区的雨量比值和雷达反射率相关性远高于云黑体亮温。     

福建省古田试验区云系回波特征与人工增雨作业条件分析

利用2008—2012年4—6月古田试验区的新一代天气雷达、探空及地面雨量观测等资料,结合天气形势分析,研究古田试验区云系的回波特征与人工增雨作业条件,结果表明:影响古田试验区的主要天气系统分别为低涡切变、暖区辐合、高空槽和大陆高压。降水云系以积层混合云为主,其次为积状云。天气系统所对应的云系回波类型及降水情况有明显差异,积层混合云的结构有利降水;积层混合云大于25 d Bz的回波面积明显比积状云大,且平均回波顶高和最大回波顶高均比积状云低;积状云的垂直积分液态水含量明显比积层混合云大;积状云和积层混合云的负温层厚度超2 km;积层混合云的最大回波强度、大于25 d Bz的回波面积和负温层厚度与区域平均日雨量有着明显的对应关系。古田试验区积层混合云的作业指标为回波强度大于25 d Bz,大于25d Bz的回波面积S25 d Bz要大于400 km~2,回波顶高大于5.5 km,负温层厚度大于1.5km,垂直积分液态水含量大于1 kg/m~2。     

2003年8～9月北京及周边地区云系微物理飞机探测研究

对2003年8～9月北京及周边地区4次飞机探测结果，特别对资料较完整的8月15日的层积云（Sc）和9月4日的层状云（St）系进行了较详细的分析。结果表明，FSSP－100测量的小云粒子（云滴、冰晶）最大浓度的变化范围从Sc云的120 cm-3到深厚高层云（As）的183 cm-3，平均直径7.22～16.05 μm。2D－GA2探头观测的冰粒子最大浓度变化范围从2.25×10-3 cm-3到3.29×10-1 cm-3。机载King热线液态水含量仪（King－LWC）的最大含水量变化范围为0.42～0.69 g/m3。St云垂直和水平分布不均匀特性很明显，高空（-10℃层以上）有较大的小云粒子浓度，达到120 cm-3以上，尺度也比较大，最大值为20 μm。云中液态水含量随高度缓慢减小，基本处于0.1～0.2 g/m3的范围。在-5.9～-8℃层，主要是柱状冰晶和少量结淞体，-8～-12℃层显示基本为结淞粒子，-20℃层左右表现出较多的枝状冰粒子。大冰粒子浓度基本在0.01～1 L-1左右。Sc云和St云的平均谱存在明显的差异。Sc云系的大粒子不同层的平均谱很相似，为单峰分布，谱宽达到1500 μm。越到云低层，云粒子浓度越低。St云系的大粒子不同层的谱分布差异比较大，云中在0～-8℃和-8～-12℃层，直径小于400 μm的粒子谱型基本相似，大于400 μm的大粒子谱分布差异较大，-8～-12℃层有明显的双峰分布特征，而0～-8℃呈现多峰特征，谱宽达到1300～1400 μm。     

华北秋季一次低槽冷锋积层混合云宏微物理特征与催化响应分析

利用2013年10月13日机载粒子测量系统（PMS）在张家口涞源地区对积层混合云中上部进行的增雨探测数据,分析了云的垂直微物理结构、云区的可播性和作业前后液态云粒子、冰晶及降水粒子的微物理变化。结果表明,此次降水性积层混合云的垂直结构由冷、暖两层云配置,云层发展厚实,冷云区云粒子浓度平均为62 cm-3,液态水含量最大0.05 g/m3;2DC和2DP探测的冰晶及降水粒子平均浓度分别为1.9和2.2 L-1;暖云内云粒子数浓度集中在300 cm-3左右,液态水含量约0.1 g/m3。探测区域云粒子数浓度的水平分布不均匀。利用云内过冷水含量和冰晶浓度等参数判断,该降水性积层混合云的播撒作业层具有强可播性。对比作业前后云中粒子浓度及平均直径发现,云粒子在作业前时段内的平均浓度为31 cm-3,远高于作业后平均浓度（17.6 cm-3）;但平均直径变化不大。作业后冰晶粒子通过贝吉龙过程消耗过冷水长大,浓度由之前的0.86 L-1增至4.27 L-1,平均直径也增至550 μm。冰晶粒子逐渐长大形成降水,降水粒子浓度也相应有所升高,谱明显变宽。      

昭苏夏季层状云和对流云降水的雨滴谱特征

利用2020—2021年昭苏地区夏季的雨滴谱数据，研究层状云和对流云降水的微物理参量及雨滴谱特征。结果表明：对流云降水的粒子数浓度和粒子直径明显偏大，较大的粒子直径和粒子数浓度使得其降水强度和液态含水量远大于层状云降水。两类降水云的雨滴谱均为单峰结构，峰值直径主要分布在0.5～0.625 mm，对流云降水的雨滴谱谱宽明显大于层状云降水。两类降水云的雨滴直径和粒子数浓度与青藏高原中部的观测值相近，且昭苏地区的对流云滴谱更倾向于大陆性对流簇。研究结果有助于加深对昭苏地区降水的微物理特征及其演变规律的理解。     

Ice cloud microphysics,radiative transfer and large-scale cloud processes

Summary Parameterization programs for cloud microphyscs and radiative transfer involving ice clouds have been developed in terms of the mean effective size and ice water path. The mean effective size appears to be adequate in representing the ice crystal size distribution for radiative parameterizations. For a given ice water path, smaller mean effective sizes reflect more solar radiation, emit more IR radiation and enhance net radiative heating/cooling at the cloud top and bottom than larger sizes. The presence of small ice crystals may generate steeper lapse rates in clouds. A 3-D global cloud model that prescribes the horizontal wind fields in a 24 hour period is used to investigate the sensitivity of the mean effective size of ice crystals on the simulation of radiative heating, temperature, cloud cover and ice water content. A variation in the mean effective size from 75 to 50 m in a 24 hour prediction on simulation generates more cooling above the high cloud top and a decrease of temperature. These results lead to an increase of high cloud cover in some latitudes by as much as 4% and, at the same time, a decrease of middle cloud cover by 3–4% in latitudes between 60°S and 60°N.With 7 Figures     

贵州云的观测

云的观测是地面测报工作中的难点,该文拟通过对云形成、演变以及伴随的天气现象等进行解析,指出目前贵州云的观测存在的问题,并提出解决问题思路。     

Kinetic limitations on cloud droplet formation and impact on cloud albedo

Under certain conditions mass transfer limitations on the growth of cloud condensation nuclei (CCN) may have a significant impact on the number of droplets that can form in a cloud. The assumption that particles remain in equilibrium until activated may therefore not always be appropriate for aerosol populations existing in the atmosphere. This work identifies three mechanisms that lead to kinetic limitations, the effect of which on activated cloud droplet number and cloud albedo is assessed using a one‐dimensional cloud parcel model with detailed microphysics for a variety of aerosol size distributions and updraft velocities. In assessing the effect of kinetic limitations, we have assumed as cloud droplets not only those that are strictly activated (as dictated by classical Köhler theory), but also unactivated drops large enough to have an impact on cloud optical properties. Aerosol number concentration is found to be the key parameter that controls the significance of kinetic effects. Simulations indicate that the equilibrium assumption leads to an overprediction of droplet number by less than 10% for marine aerosol; this overprediction can exceed 40% for urban type aerosol. Overall, the effect of kinetic limitations on cloud albedo can be considered important when equilibrium activation theory consistently overpredicts droplet number by more than 10%. The maximum change in cloud albedo as a result of kinetic limitations is less than 0.005 for cases such as marine aerosol; however albedo differences can exceed 0.1 under more polluted conditions. Kinetic limitations are thus not expected to be climatically significant on a global scale, but can regionally have a large impact on cloud albedo.     

图割模型在卫星云图云检测中的应用

提出一种基于图割模型的卫星云图云检测方法。利用FY-2C卫星云图的长波红外通道和可见光通道的云图提取了10个灰度特征和80个Gabor纹理特征,再用主成分分析方法（principal component analysis,PCA）降维到9个主成分。将这9个主成分构成的特征作为每个像素的特征,建立相似度矩阵,再利用改进的NormalizedCuts模型进行分割,将云图分成了晴空区域和有云区域。与地面观测结果相比,平均一致率达到86．51％,表明将Gabor纹理特征和灰度特征相结合并利用改进的Normalized Cuts模型对卫星云图云检测有比较好的效果。     

Planning cloud seeding research

Summary It is suggested that a theory of cloud seeding needs to be developed before seeding experiments can be properly planned and assessed. This theory will arise from improved knowledge of cloud processes gained by the study of natural clouds. Some techniques used in observing shower clouds in Sweden are described, and some preliminary results mentioned.

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Zusammenfassung Es wird die Ansicht vertreten, daß eine Theorie des Cloud seeding entwickelt werden muß, bevor die diesbezüglichen Experimente in vorteilhafter Weise geplant und ihr Effekt abgeschätzt werden können. Diese Theorie hat sich aus einer Verbesserung unserer Kenntnisse über die Vorgänge in den Wolken durch die Ausführung entsprechender Beobachtungen in der Natur zu ergeben. Einige Verfahren, welche bei der Beobachtung von Schauerwolken in Schweden angewendet wurden, werden beschrieben und einige vorläufige Ergebnisse werden mitgeteilt.

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Résumé La nécessité de développer une théorie de l'ensemencement des nuages avant que de pouvoir projeter et analyser de telles experiences est démontrée. Cette théorie se déduira d'une connaissance améliorée de la physique des nuages, acquise par l'observation directe. Quelques procédures employées, au Suède, pour l'observation des nuages d'averses sont décrites et quelques résultats préliminaires sont mentionnés.

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With 3 Figures.     

Pollution and cloud reflectance

Conventional power plants are prolific sources of cloudnucleating particles. Consequently clouds forming in air influenced by such emissions contain higher concentrations of cloud droplets than would prevail in clean conditions; optical properties of clouds are thereby modified, causing them to reflect more sunlight and transmit less. That has obvious consequences for climate physics, but it may also be relevant for mesoscale processes since quite substantial energy changes are involved. Ships constitute isolated sources in an environment that is often quite clean, and when low thin cloud layers are present, ships delineate their courses in satellite images by bright lines. These lines are caused by the above-mentioned increase in reflectance, providing, on a scale of tens to hundreds of kilometers, a realization of an effect which on a climatic scale cannot be directly observed (but which is likely to be comparable in magnitude to the CO₂ effect, but oppositely directed).     

用气象卫星云图订正夜间测云

地面观测是大气探测中的一个重要组成部分。地面观测资料又是短期天气预报与短期气候预测的基础。资料的正确与否，直接影响到天气预报的准确程度。云的观测是地面目测项目的核心。云的发展变化是大气中各种物理量场的综合表征。因此，云状、云高的正确辨别判断是十分重要的。     

Investigation of droplet dynamics in a convective cloud using a Lagrangian cloud model

A precipitating convective cloud is simulated successfully using the Lagrangian cloud model, in which the flow field is simulated by large eddy simulation and the droplets are treated as Lagrangian particles, and the results are analyzed to investigate precipitation initiation and to examine the parameterization of cloud microphysics. It is found that raindrops appear initially near the cloud top, in which strong turbulence and broadened droplet spectrum are induced by the entrainment of dry air, but high liquid–water mixing ratio is maintained within cloud parts because of insufficient mixing. Statistical analysis of the downward vertical velocity of a droplet W reveals that the transition from cloud droplets to raindrops occurs in the range 20 μm < r < 100 μm, while the variation of W depends on turbulence as well as the droplet radius r. The general pattern of the raindrop size distribution is found to be consistent with the Marshall–Palmer distribution. The precipitation flux can be underestimated substantially, if the terminal velocity $w_{\text{s}}$ is used instead of W, but it is not sensitive to the choice of the critical droplet radius dividing cloud drops and raindrops. It is also found that precipitation starts earlier and becomes stronger if the effect of turbulence is included in the collection kernel.     

毫米波雷达测云个例研究

云参数是影响降水和大气辐射过程的重要因子,但对云参数的遥感探测存在许多困难。利用35GHz的毫米波雷达进行云探测,并进行云参数反演研究,反演了云水含量、冰水含量和云滴有效直径的垂直廓线,得到了6类云况的垂直分布。结果表明：1）不同类型的云具有不同的云参数分布;2）在低于-15dBz的非降水云情况下,反演的云水含量及云滴有效直径较可靠;3）雷达探测的线性退偏振比因子,可以用于判别云中的过冷却水和冰晶,有助于更好了解云的宏微观特征。     

毫米波雷达云回波的自动分类技术研究

毫米波雷达在云探测方面比厘米波天气雷达和激光雷达具有显著优势,可获得更多的云粒子信息,是研究云特性的主要遥感探测设备。为了开展对毫米波雷达探测的云回波进行自动分类的研究,利用161次云回波的个例数据,统计得到了卷云、高层云、高积云、层云、层积云和积云6类云型的特征量和其他参量的数值范围,利用分级的多参数阈值判别方法,达到了自动分类的目标,通过与人工分类的初步验证,两种分类结果的一致性达到84%,其中,层云和积云的识别一致较低的原因在于样本数据有限,仅有6次层云和8次积云的个例样本数据。通过更多样本的处理,提取的特征参量更可靠,自动分类的准确率会得到提高,以便将基于毫米波雷达的云分类技术应用于将来的云观测自动化业务。