含水量对冰晶增长影响的风洞实验研究

用小型垂直过冷云风洞及其测试系统,使冰晶在自由悬浮的情况下生长。在实验温度为-5℃—15℃、含水量为0.5—2.0g/m~3的范围内,结果表明:在水面饱和条件下,冰晶的形状决定于所处的环境温度,含水量的大小对冰晶的基本形状没有影响,只是当含水量加大时,冰晶上会出现更加明显的碰冻增长的痕迹;冰晶的质量和速度增长的峰值和谷值温度分布与含水量的大小无关;随着含水量的增加,冰晶的质量和下落速度的增长会加快,但没有发现含水量的增加有加快冰晶2a轴增长的明显效果。     

大小兴安岭林下可燃物含水量

使用黑龙江省林业生态监测站网的可燃物数据,分析了大小兴安岭林下可燃物含水量,得出结论:大兴安岭林下地被物含水量最低值出现在5月上旬,小兴安岭在5月中旬。0—10 cm地层含水量大兴安岭7月上旬最低,小兴安岭6月上旬最低。10—20 cm和20—30 cm地层含水量4月中下旬较高, 5月下旬-6月上旬和8月下旬-9月下旬较低。腐蚀层含水量5月和8月中旬最低。腐蚀层含水量最高,其次是地被物,地下各层越深含水量越低。     

风洞40m/s升级及测控系统改造方案的探讨与实施

1 引言 近年来,自动气象站已逐步代替人工气象站成为气象观测取得气象相关要素数据的主要手段.各省气象仪器计量检定站对测量风速的相关仪器的检定设备,已经不能满足先进自动气象站风要素检定的精度.为提高检定精度及检定效率,老式风洞检定平台迫切需要升级改造. 通过对老式风洞检定平台的升级改造,在老式风洞的基础上建立新的检定平台.在改造升级过程中,需要解决诸多技术问题,本文就有关技术问题,进行了探讨和实践,提供了借鉴经验和相应技术.通过改造升级的风动测控系统精度高、量程大,取得了预期效果.     

冰（雪）晶生长微物理过程的风洞实验研究

该文简要介绍了（１）风洞实验研究的科学意义及应用前景；（２）冰（雪）晶增长微物理实验的研究的概况；（３）新研制的冰（雪）晶增长小型垂直过冷云风洞及其测试系统；（４）主要实验研究结果，包括风洞实验模拟出的冰（雪）晶，含水量对冰（雪）晶增长的影响，风洞中冰（雪）晶的运动方式，初始晶胚特性及运用实验结果指导象灾害的预测及防治。     

DZS-II型低速风洞微风段测量

DZS-II型低速风洞微风段测量误差因缺乏配套的规范而造成较大的差异.这种由于测量设备更新,测量范围扩大,探索正确的测量方法,以至建立新的测量检定规程已成为气象事业发展之必须.本文就上述问题在实践的基础上进行理论探讨.     

江西省土壤体积含水量对降水的响应特征

利用2017—2020年江西省36站壤土质地土壤水分观测站土壤体积含水量资料和降水资料,研究了江西省土壤体积含水量对降水过程的响应特征.结果表明:1)土壤体积含水量对不同类型降水过程的响应差异大,对于小于10 mm的降水过程几乎无响应,对10—25 mm的降水过程响应深度为0—10 cm,对25—50 mm的降水过程响应深度为0—20 cm,对大于50 mm的降水过程响应深度为0—60 cm.2)土壤体积含水量对降水的响应分为快速增长和平稳减弱两个阶段,在快速增长阶段土壤体积含水量先快速增长到最大值,然后缓慢下降,且增长阶段的持续时间小于减弱阶段的持续时间,增长过程和减弱过程不对称.3)响应过程的持续时间主要集中在1—9 h,其中3—6 h占比高达49％.     

太阳紫外光谱及NO2光解系数的观测

本文讨论了利用自动太阳光谱仪测量地面的紫外辐射光谱,并进一步计算了NO_2的光分解系数.光谱测量范围为310—375nm.测量结果表明,在北京地区秋季NO_2的光解系数变化在(1—4)×10~(-3)S~(-1),有明显的日变化.     

热线风洞湍谱仪

根据脉动气流的谱分析原理,制作了直接测量风洞气流脉动能谱密度的热线湍谱仪。本文介绍了该仪器的原理、详细结构和主要参数,并给出了一些测量结果。     

风沙起电的风洞实验研究

利用大型风沙物理风洞实验装置 ,模拟铺沙地面在不同风速条件下对不同粒径的沙样和混合沙的起电电场、电位和荷质比作实验测量。结果表明 :存在风沙起电效应。风洞内电场多为负极性 ,最大电场达到 - 2 9kV·m- 1 ,导线电位可达 12 0mV。沙粒越细 ,起电越强 ,且随风速增加而增大     

霰生长的实验研究(一)

自然云中的霰粒生长是冷云降水形成的一个基本过程.本文作者在垂直可控压结冰风洞中模拟了不同云环境参数(温度、气压、风速、含水量、云滴谱等)条件下不同初始胚胎的霰粒生长,初步分析了不同生长环境条件对霰粒的形状、尺度、质量生长率、密度、表面温度分布等的影响,这为研究冷云降水过程和人工影响天气作业提供了很有用的物理依据.     

小型垂直过冷云风洞的超声波振子造雾系统

在小型垂直过冷云风洞中引进和改装了亚都工业用超声波加湿器，使其成为风洞实验的造雾系统，在实验中测量了其雾滴谱，模拟了冰雪晶生长过程，结果表明，此造雾系统符合实验要求。     

一次西风槽过程过冷云水分布特征观测研究

过冷云水生消演变规律是云物理学和人工影响天气的重要研究领域。根据Hobbs 1974年提出的假定,利用飞机、卫星、雷达和雨量计等观测资料,对2012年9月21日河北一次西风槽天气过程进行观测研究,分析其过冷云水分布特征及演变规律。结果表明,槽前云系过冷水区宽厚并且过冷水含量较高,云滴浓度和均立方根直径较大并且均匀,冷云区厚而且没有分层,没有暖云配合;近槽云系中冷云区小粒子浓度降低但云滴直径增大,冷云区夹有干层,云系变厚出现暖云配合,冷暖云液态水含量较高,冷暖云区大粒子和降水粒子浓度和尺度增大,中尺度云团移动较快;槽后云系中云滴浓度最大,但云滴均立方根直径明显减小,过冷水区出现的高度下降、厚度很薄、过冷水含量较低,冷、暖云之间有干层,暖云对应的大粒子浓度和降水粒子浓度非常大,地面降水主要由暖云过程产生;云水(过冷水)含量峰值常出现在云内逆温层的上方;利用云粒子测量系统(PMS)资料分析过冷云水生消演变特征与卫星和雷达资料具有较高的一致性。     

东北冷涡中尺度云系降水机制研究 II: 数值模拟

在利用卫星、雷达和机载PMS(粒子测量系统)等观测资料对2003年7月8日东北冷涡积层混合云系的降水形成机制分析的基础上,将观测分析与数值模拟研究相结合,用中尺度数值模式对积层混合云系做数值模拟,并结合观测资料进一步分析了积层混合云系的微物理结构、粒子形成过程和降水形成机制,获得如下结果:(1)混合云中对流云具有分层的微物理结构.冰晶含水量最大值出现的高度最高,其次由高到低的排序是雪、云水、霰和雨;雨水主要出现在云的暖区;各种粒子中以雨水含水量最高,其次是霰.对流云体生命期较长,微物理结构基本稳定.(2)粒子形成增长过程有差异.冰晶通过凝华过程增长.雪主要来源于冰晶,产生后主要通过撞冻、收集冰晶和凝华过程增长,其中撞冻过冷云水增长对雪质量贡献最大,其产生率极大值高度与过冷云水相当.丰富的过冷云水,给雪的撞冻增长提供了有利条件.在高、中和低层雪的形成有着不同的机制,高层雪收集冰晶长大后,下落到低层又以雪撞冻过冷云水的结淞增长为主要过程.霰主要由雨滴冻结和雪的转化产生,过冷雨滴与冰晶接触冻结成霰;过冷雨滴收集雪,雪随着雨滴的冻结而转化成霰.因此霰的产生与过冷雨滴关系极大.霰主要撞冻云水、收集雪和冰晶增长,其中撞冻是霰的重要增长过程.雨水主要由霰的融化形成,降水主要是由冷云过程产生的.在过冷层,霰撞冻增长占优势.云上部的冰晶和雪对云的中部具有播撒作用,过冷层中存在丰富的过冷水,对冰相粒子的撞冻增长有利.对云水消耗的分析表明,雨滴对云滴的收集、霰和雪对云水的撞冻增长是消耗云水的主要过程.(3)从各种粒子的形成和增长过程可以看出,大部分雨水由霰融化形成,暖云过程贡献要小得多.可见,降水主要是由冷云过程产生的,这与观测分析的结果一致.     

低过冷雨水含量天气过程冰雹形成机制及催化机理模拟1

利用三维全弹性冰雹云模式,对2008年5月24日山东境内一次受高空冷涡影响的大范围冰雹天气过程进行模拟,分析了冰雹的形成机制和催化防雹机理。结果表明:该过程过冷雨水中心位于最大上升气流中心下方,不存在过冷雨累积区,过冷雨水含量最大值仅为4.9gm^-3,但雹云中过冷雨水含量仍然丰富,对雹胚的形成及增长起着重要作用。雹胚以冻滴为主,冻滴胚来源于冰雪晶与过冷雨水碰撞冻结以及雨滴核化过程。冻滴形成后主要以碰并过冷雨水、云水增长。冻滴胚自动转化过程是冰雹数量、质量的主要来源;冰雹形成后,前期主要靠碰并冻滴、霰和过冷雨水增长,后期主要靠碰并过冷云水增长。催化试验表明,播撒57.5g催化剂足以通过"竞争"减雹50%以上,增加AgI剂量,防雹的同时能够兼顾增雨。催化剂用量为230g时,催化后液态降水有所增加,固态降水量及占总降水量的比例减少显著,特别是冰雹。AgI主要以凝华核的作用产生人工冰晶,冰晶凝华增长导致过冷云水、雨水含量降低。催化后雹胚特别是冻滴胚数量增多,对过冷云水、雨水的竞争增强;其平均尺度、质量的减小,降低了向冰雹的转化率。冰雹碰并过冷云水、雨水增长过程被减弱,导致冰雹总质量进一步减少,达到消雹目的。     

山西春季层状云系数值模拟及与飞机探测对比

采用中国气象科学研究院 (CAMS) 中尺度云参数化模式对2010年4月20日山西省一次春季层状降水云系的宏微观结构,特别是垂直方向上的微物理结构进行了数值模拟和分析。利用携带云粒子探测设备的飞机对该次层状云系进行了两次云物理探测飞行,并将飞机探测所获取的数据和图像资料与数值模拟结果进行了对比研究。模拟结果显示:该次降水过程以层状冷云降水为主,云中过冷水含量丰富,云系存在明显的3层结构,地面降水主要来自于云中高层冰晶、雪、霰等冰相粒子的融化和低层云水的转化。数值模拟与飞机探测对比分析显示,高空温度、湿度和高度的配置两者基本一致,数值模拟不同高度的云粒子相态、垂直方向云水比含水量与飞机探测获取的云粒子图像和云液态水含量的垂直结构基本吻合,但数值模拟的云中各种水成物粒子出现的高度较飞机探测偏高。     

Field study of the potential for winter precipitation enhancement in the Australian Snowy Mountains

A research program was initiated in 1988 to investigate the potential for winter snowpack enhancement in the Snowy Mountains of Australia. Field studies were conducted during the austral winters of 1988 and 1989 in order to characterize the water and ice composition of clouds passing over these mountains. We utilized a dual-channel microwave radiometer and a Ka-band (8.6 mm wavelength) radar in a coordinated observational program to document the distribution of supercooled liquid water, ice phase precipitation and water vapor in the winter storm systems. The vertical temperature, humidity and wind profiles were obtained at high temporal resolution from local rawinsonde launches. Ground-based sampling of the snow crystal types and the stable isotopic composition of the snow provided information on the processes of crystal formation and riming during these storms. A precipitation trajectory model was used to simulate ice crystal growth for snow which precipitates within the study region. Analysis of these data indicate buildup of supercooled liquid water during certain storm periods, while during other periods the ice crystal growth processes efficiently remove cloud liquid. Several aspects of the cloud seeding potential are discussed in this paper and the overall conclusion is that winter precipitation enhancement is scientifically feasible, based upon the World Meteorological Organization criterion of supercooled liquid water availability.     

Changes of cloud microphysical properties during the transition from supercooled to mixed-phase conditions during CIME

A ground-based seeding experiment using carbon dioxide and propane sprayed from pressurized bottles was carried out under supercooled cloud conditions on a small spatial and short time scale. Water vapor deposition on the artificially generated dry ice and propane ice germs as the main ice formation process (nucleation and growth) is consistent with the experimental results. After nucleation, diffusional growth of the ice particles, partly at the expense of evaporating small droplets, was identified during the mixing of the seeding line with the ambient supercooled cloud. Within the seeding plume, ice water contents up to 80% of the total condensed water are observed, although the size of the formed ice particles did not exceed 25 μm. From the changes of the ice and supercooled liquid phase with time under mixed-phase conditions, liquid water content (LWC) evaporation, ice water content (IWC) formation, and ice crystal growth rates are estimated, which are not affected by the artificial nucleation process. Thus, these rates are assessed to be applicable for a growing ice phase of small ice particles in a young mixed-phase cloud, where other growth mechanisms, like riming or aggregation, are negligible.     

云南一次典型降雹过程的冰雹微物理形成机理数值模拟研究

冰雹形成的微物理机理是人工防雹的重要科学依据,但对我国西南地区冰雹形成的微物理机理研究很少。利用中国科学院大气物理研究所三维冰雹分档云模式对云南2016年7月11日一次冰雹云过程进行了数值模拟研究,揭示了冰雹形成的微物理机理。此次冰雹云生成发展快,强度大,是西南山区典型夏季冰雹云。数值模拟的降水、降雹和回波强度等物理量与对应的观测量基本一致。模拟的冰雹云的最大上升气流速度达到28.7 m s?1。通过对冰雹形成的微物理过程分析研究表明,雹/霰胚的主要生成来源是通过过冷雨滴的概率冻结产生的冻滴,占95%,而冰晶碰冻雨滴产生的雹/霰胚仅占5%,这与国外和我国其他地区雹/霰胚产生的来源和冻滴所占比例有明显差别;形成的雹/霰胚直径多数集中在0.3 mm至3.0 mm范围,雹/霰胚主要通过对过冷云水的碰并过程实现增长,直径小于0.3 mm的雹/霰胚较难增长;大雨滴冻结成较大直径的雹胚,可促成短时间内形成冰雹;在雹云发展过程中存在短时的过冷雨水累积带,但过冷雨水累积带对雹/霰胚的增长贡献不大。     

Observational Evidence of High Ice Concentration in a Shallow Convective Cloud Embedded in Stratiform Cloud over North China

In this study we observed the microphysical properties, including the vertical and horizontal distributions of ice particles,liquid water content and ice habit, in different regions of a slightly supercooled stratiform cloud. Using aircraft instrument and radar data, the cloud top temperature was recorded as higher than -15℃, behind a cold front, on 9 September 2015 in North China. During the flight sampling, the high ice number concentration area was located in the supercooled part of a shallow convective cloud embedded in a stratiform cloud, where the ambient temperature was around -3℃. In this area,the maximum number concentrations of particles with diameter greater than 100 μm and 500 μm(N_(100) and N_(500)) exceeded 300 L~(-1) and 30 L~(-1), respectively, and were related to large supercooled water droplets with diameter greater than 24 μm derived from cloud–aerosol spectrometer probe measurements. The ice particles types in this region were predominantly columnar, needle, graupel, and some freezing drops, suggesting that the occurrence of high ice number concentrations was likely related to the Hallett–Mossop mechanism, although many other ice multiplication processes cannot be totally ruled out.The maximum ice number concentration obtained during the first penetration was around two to three orders of magnitude larger than that predicted by the Demott and Fletcher schemes when assuming the cloud top temperature was around-15℃.During the second penetration conducted within the stratiform cloud, N_(100) and N_(500) decreased by a factor of five to ten, and the presence of columnar and needle-like crystals became very rare.