上海梅雨季节云水和雨水的化学组分分析

1986年6—7月梅雨季节在上海进行了云水和地面雨水的pH值测量和化学组分分析，结果表明:上海酸雨属于硫酸型酸雨；雨水酸度与其化学组分有关，pH≥6的云、雨水中含有大量的Ca2+离子浓度，而pH＜5的云、雨水中有大量的SO2-4离子浓度；As雨水的酸化以云下冲刷过程为主；Ns雨水的酸度可能主要决定于云内雨除过程，NS云内云水的酸化过程，不仅受向上输送局地污染物的影响，而且受平流输送外来污染物的影响。     

1960年以来东亚季风区云-降水微物理的直接观测研究

云-降水的直接观测结果是云微物理参数化的重要依据。自1960年以来,处于东亚季风影响下的中国实施了大量对云-降水微物理参数的观测和研究,旨在加深对云-降水微物理过程的认识,从而改进数值模式中云微物理参数化方案和指导人工影响天气作业。云-降水微物理参数包括气溶胶、冰核、云滴、雨滴、冰晶、雪晶、冰雹等粒子浓度和谱分布,以及云滴、雨滴含水量等。中国已有云-降水微物理参数的成果可归纳为:(1)通常云-降水微物理粒子浓度变化较大,但总体变化有一定的范围;(2)采用Γ函数拟合云滴谱更接近实际谱,但不同拟合谱参数差异较大;(3)可用指数函数和Γ函数来拟合层状云降水雨滴谱,Γ函数拟合积云和层积混合云降水雨滴谱精度更高;(4)中国冰核浓度较高,冰核浓度随温度的降低近似成指数变化;(5)冰晶谱、雪晶谱、冰雹谱通常采用指数函数来描述;(6)通常使用荣格(Junge)和Γ函数来分段描述气溶胶粒子谱拟合误差更小。由于云-降水过程及其反馈作用描述不准确是数值模式预报结果不确定性的最大因素,中国正在不断地推进云降水的微物理观测研究,以期进一步加深对东亚季风区云-降水微物理特征的认识,从而为模式中微物理参数化方案的改进提供观测依据和科学指导。基于数值预报模式中云微物理过程参数化发展的需要,总结了中国1960年以来云-降水微物理直接观测的研究成果,可为东亚地区云-降水微物理研究及其模式参数化方案的改进提供观测依据。此外,针对云微物理参化发展的需求,结合过去已有的大量观测提出了几点建议,为今后云-降水物理综合性观测方案的设计提供参考。     

甘肃省夏季层状云微物理特征个例分析

对2004年6月12日甘肃河西地区一次降水性层状云的云物理飞机探测结果进行了分析,通过对云中粒子的浓度、直径、二维图像以及谱型变化地研究,并结合宏观观测记录,详细分析了云系的垂直和水平微物理特征.观测资料分析表明:此次云系为Ac-Sc结构,上层Ac云为纯冷云,下层Sc云为纯暖云,两层云之间存在较厚的干层.云中微物理量的垂直和水平变化均具有明显的不均匀性,整个探测过程中,FSSP-100所测云粒子的浓度和平均直径变化范围分别为0.1～-232.6cm-3和3.5～45.5μm,OAP-2D-GA2所测云粒子浓度及平均直径变化范围分别为0.01～116.7cm-3和32.2～995.7μm.粒子二维图像表明,上层高积云中冰相粒子的凇附、粘连现象普遍,说明云中存在较多的过冷水.图像及谱型分析表明,6000m以上某些区域有冰晶高浓度区存在,大量冰晶的成长消耗了云中过冷水,不利于大云粒子的形成和成长;这次降水雨滴主要由纯暖性Sc云中暖云成雨过程形成,冷云过程只在Sc云顶附近有一定作用,本次降水主要机制为下层层积云中的暖云过程.     

冷云飞机人工引晶检验

分析了2000年春季在山东进行冷云人工引晶试验中,引晶前后云中微物理量的变化.观测结果显示,引晶约5分钟后,在引晶扩散带中可观测到过冷液态水消耗、冰雪晶浓度增加、云粒子谱拓宽的事实.分析表明,这种与背景值存在巨大差异的物理变化是人工引晶的结果.     

吉林地区一次积层混合云宏微观结构特征观测分析

根据吉林100个加密中尺度地面雨量观测系统、雷达和飞机PMS获得的综合观测资料对2005年6月20日一次积层混合云天气系统进行了分析,结果表明:一是本次东北气旋的发展是由来自贝加尔湖的正涡度平流与东北地区高有效位能的叠加形成的;此次过程的雨量时空分布很不均匀,存在很多小尺度雨量中心,与雷达强回波中心相一致。二是通过飞机PMS探测发现,云滴的平均数浓度与过去我省层状云探测结果接近,但冰晶和雪晶的数浓度明显高于过去的探测结果。三是在云的中上部冷层,云中液态含水量和FSSP-100探测的云滴数浓度有较好的正相关,说明云中液水含量主要由过冷液态云滴浓度决定;云中液态含水量与冰晶浓度呈反相关,表明云中微物理过程是冰水转化过程。四是云中微物理量在水平和垂直方向都存在一定的起伏变化,具有明显的空间分布不均匀性。     

新疆乌鲁木齐地区冬季降水与云水酸度及其化学成分的初步观测分析

分析了乌鲁木齐地区冬季降雪和云水的pH值与化学成分。降雪pH值平均为5.7。云水pH值为4.0左右，与采集云水同时段观测的地面降雪pH值为6.0。气团内部生成的低云云水的离子浓度比系统性降水云高约两个量级。初步分析结果表明，雪增长的微物理过程和雪粒下降过程中所捕集的大气气溶胶粒子特性可能对降雪雪水酸度有重要影响。     

陕西省农用天气预报服务关键技术及内容

2009年山西省引进了中国气象科学研究院人影中心的MM5云参数化模式并初步实现了业务化运行,生成的云物理量产品主要有温度场、高度场、水汽场和各种云中水成物粒子的比含水量以及水平和垂直分布状况。该模式的初始场为T213预报场资料,采用10km的分辨率。本文选择了2010年4月19日-21日山西省一次春季层状云降水过程作为分析个例,应用雷达、NCEP水汽场再分析资料,并重点采用该MM5中尺度云参数化模式输出的数据,对山西省春季层状云的宏微观结构特别是云系垂直方向上的微物理结构进行了详细的分析,在此基础上总结出本次春季层状云降水的宏微观结构特征。     

西北地区春季云系的垂直结构特征飞机观测统计分析

根据2001年5—6月8架次的飞机探测资料,配合地面观测和卫星资料综合分析得出了西北地区春季云系的垂直结构宏微观特征,包括云厚、云底高度、云粒子浓度、含水量、有效半径、粒子谱分布函数等。降水性层状云厚平均约2000 m,低云含水量垂直方向上平均为0.07 g·m~(-3),中云含水量垂直方向上平均为0.03 g·m~(-3)。对比分析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,降水性层状云有效半径要达到10～16μm。     

黄山不同高度雨滴谱的演变特征

选取2011年6月黄山地区一次降水过程,利用测得的雨滴谱资料对不同高度上降水微物理量及雨滴谱分布特征进行分析,并讨论其中的差异。结果表明:此次降水较强,各直径微物理量在山腰最大、山底次之、山顶最小;山腰的雨强最大,而山顶数浓度最大。在雨滴谱分布中,小于1mm的雨滴数密度是山顶大于山腰大于山底,这与小雨滴的蒸发和碰并有关;大于1.5 mm的雨滴数密度则是山腰大于山顶和山底,这可能与地形抬升使得云系加强有关。由各微物理量的时间序列可将降水过程分为两个阶段,第一阶段各微物理量值明显大于第二阶段,其中第一阶段的降水量约为第二阶段的3倍。雨强与雷达反射率、数浓度、最大直径近似成幂函数关系,其中雨强与雷达反射率相关性最好。     

山西地区一次层状云降水过程的微观特征观测分析

针对山西省2010年5月27日一次层状云降水过程,利用机载DMT探头和Parsivel激光降水粒子谱仪进行探测试验,分析了云微物理特征,并对空中和地面雨滴谱进行比较。结果显示：空中云垂直和水平结构分布不均匀,CDP、CIP探测最大粒子浓度分别为165．20、1．08cm^（-3）。地面雨滴微物理量的平均值说明本次降水是典型的层状云降水,雨强主要由雨滴数密度决定,雨滴微物理参量随时间分布不均匀。建立地面雨强,与雷达反射率因子Z、雨水含量W、雨滴数浓度N、Gamma分布的谱参数眠、A的相关关系,Z-I、W-I,相关性很好,N-I、N_0-I、λ-I,相关性较差。地面平均雨滴谱较空中平均雨滴谱窄、谱型陡。结合粒子图像和雨滴特征量分析空中雨滴谱随高度的分布发现,本次降水是冷云和暖云降水共存。     

NUMERICAL SIMULATION STUDY OF CLOUD INTERACTION AND FORMATION MECHANISM OF HEAVY RAIN IN MIXED CONVECTIVE-STRATIFORM CLOUD

Using the numerical model of mixed convective-stratiform clouds(MCS)in the paper(Hong1997)and the averaged stratification of torrential rain processes,the evolution processes,interaction of the two kinds of clouds,structure and the precipitation features in the MCS toproduce heavy rain are simulated and studied,and the physical reasons of producing torrential rainare analysed.The results indicate that the stratiform cloud surrounding the convective cloudbecomes weakened and dissipates in the developing and enhancing of the convective cloud,and therainfall rate and water content in the stratiform cloud increase as the distance from the convectivecloud becomes larger.The numerical experiments find out that the stratiform cloud provides abenificial developing environment for the convective cloud,i.e.,the saturated environment and theconvergence field in the stratiform cloud help to lengthen the life cycle of the convective cloud,produce sustained rainfall with high intensity and intermittent precipitation with ultra-highintensity.These and the ice phase microphysical processes are the main factors for the torrentialrain formation and the MCS is a very effective precipitation system.     

THE SPATIOTEMPORAL CHARACTERISTICS OF LIGHT RAIN DAYS AND LOW CLOUD COVER UNDER HEAVY POLLUTION OVER SOUTH CHINA

By using the data set of light rain days and low cloud cover at 51 stations in South China (SC), and the method of linear regression and correlative analysis, we analyze the spatiotemporal characteristics of the light rain days and low cloud cover including annual variation and long-term seasonal change. The results are as follows: (1) The trends of light rain days and low cloud cover over SC are opposite (light rain days tended to decrease and low cloud cover tended to increase in the past 46 years). The value distributed in east is higher than that in west, and coastal area higher than inland area. (2) The regression coefficients of light rain days and low cloud cover during 1960–2005 are 4.88 d/10 years and 1.14%/10 years respectively, which had all passed the 0.001 significance level. (3) Variations of light rain days are relatively small in spring and summer, but their contributions are larger for annual value than that of autumn and winter. (4) There are two regions with large values of aerosol optical depth (AOD), which distribute in central and southern Guangxi and Pearl River Delta (PRD) of Guangdong, and the value of AOD in PRD is up to 0.7. The aerosol index distributed in coastal area is higher than in the inland area, which is similar to the light rain days and low cloud cover over SC. Aerosol indexes in SC kept increasing with fluctuation during the past 27 years. The GDP of the three provinces in SC increased obviously during the past 28 years, especially in Guangdong, which exhibited that there is simultaneous correlation between light rain days with the variables of low cloud cover and release of aerosols over SC during 1960 to 2005.     

中国西南典型地区酸雨形成过程研究

本文根据云水和雨水化学特性的观测和雨水酸化模式的模拟计算，研究了中国西南地区酸雨的形成过程。结果表明:在重庆和贵阳等重污染城市，云下过程对雨水的酸化起主要作用，在污染较轻的中小城镇和乡村地区，雨水酸度主要决定于云内过程。 但是云下过程对雨水中的主要酸碱离子浓度都有不可忽视的明显影响。雨水的酸化主要是由于SO2与H2O2和O3的氧化，气溶胶起较弱的缓冲碱化作用。在重庆和贵阳等地，当地SO2浓度已高达饱和，其值增减50％，都不会对该地雨水酸度有明显影响，起控制作用的是氧化剂浓度。     

湖北西部城市酸雨特征及其与气象条件的关系

根据对湖北省西部宜昌、襄樊、巴东、十堰等城市自然降水pH值的检测结果,对降水pH值变化、时空分布,降水的化学成分、酸雨出现时的风与气象条件、酸雨与降水云类的关系进行了详细的分析。分析结果表明:酸雨形成与当地的地理条件和气象因子有关。稳定的大气环境对酸雨形成有利,较强的逆温和静风频率,可以为当地降水的二次酸化提供有利条件。各地酸性降水化学成分中阴阳离子SO42-/NO2-比值表明,西部城市酸雨具有典型的硫酸型特征。巴东监测的时间较短,但酸雨年出现频率有上升的趋势,并且酸雾出现的几率比较大。襄樊、十堰酸雨出现频率较低与雨水中有较高浓度的阳离子有关。     

云系模式研究:云场的宏微观结构模拟

用计算物理方法设计构造了一个云系模式，并用一个实例作为初始场进行了模拟，模拟的云场宏观特征与实况观测比较一致，微观结构比较合理，配套的模式输出数据处理和绘图程序包能给出云系的点（粒子谱）、线（垂直廓线）、面（结构剖面）、体（云场，云型，云量，云系形状）的多维宏微观结构的云场图象。     

A STUDY OF CLOUD-SYSTEM MODEL:MACRO AND MICRO STRUCTURE SIMULATION OF CLOUD FIELD*

The macro and micro cloud physics structures and their evolution with time are the core of describing cloud fields in essence.They are necessary atmospheric environment not only in aviation and spaceflight activities but also for atmospheric radiation transfer and acid rain formation research.Unfortunately it is difficult to obtain an entire environmental cloud field by using observation methods directly.Thus,by use of computation physics method to build a cloud-systemmodel may be an indispensable way for this topic.This paper presented a cloud-system model for this goal,and simulated a real case.The results of computation showed that the macro structure of the cloud field was better consistent with real observation,and the micro structure was fairly reasonable.The output of model could provide all the information about the cloud field:(1)size-distribution spectrum of hydrometeor particles(point),(2)vertical profile(line),(3)horizontal or vertical section of macro and micro parameters(surface),and(4)cloud cover,pattern of cloud and configuration of cloud,etc.(body).     

两次江淮气旋的云雨特征及其人工播云效果的综合分析

用天气学、云物理学、统计计算和数值模拟等方法，对1997年5月份影响我省的两次江淮气旋降水系统进行了综合分析研究，发现(1)中低空水汽输送条件较好，都形成了大范围较稳定的降水性层状云系，出现了连续性降水。两次过程的深厚程度、动力条件有差别，云雨的宏微观特征也有所不同；(2)云中过冷层较厚，过冷水含量较高，大滴浓度较高，众数直径较大，有利于人工催化；(3)云层降水粒子的形成，在冷层以凝华和淞附增长为主，核化和繁生相对较小，进入暖层后，主要是云滴与雨滴以及雨滴间碰并为主；(4)用干冰进行了6架次人工增雨催化作业，经综合检验，约增雨10%～40%；(5)使用层状云数值模式进行人工催化模拟，当加入50个/L人工冰核，可使地面降水增加30%左右。如果过量播撒(加入500个/L)人工冰核，降水反而减少。     

Deposition of trace substances via cloud interception on a coniferous forest at Kleiner Feldberg

A resistance model to calculate the deposition of cloud droplets on a coniferous forest and some improved parameterizations of the indispensable input parameters are described. The deposition model is adapted to the coniferous forest at the Kleiner Feldberg site and verified by the data of a drip water monitoring station below the forest canopy. The measurements of liqud water content, wind speed and trace substance compounds in cloud water of the Ground-based Cloud Experiment (GCE) at Kleiner Feldberg in 1990 are used to calculate the cloud water deposition fluxes and the deposition of trace substances via cloud water interception. The calculated deposition of trace substances via cloud water interceptions is three to six times higher than via rain during the experiment. On a long term data basis the yearly amount of cloud water deposition is 180 mm year^–1 at Kleiner Feldberg site (840 m a.s.l.) while the precipitation amount is 1030 mm year^–1. Due to higher trace substance concentrations in cloud water compared to rain the ionic deposition via cloud water interception and via precipitation were assessed to be of comparable magnitude.