盐粉催化不同生命史的浓积云的数值模拟

用改进的一维时变参数化模式计算了浓积云自然发展和盐粉催化过程.在不同的地面温度条件下积云的动力过程和自然雨量有显著差异,其催化效果也不同.一般的自然降水浓积云,其动力过程演变较快,雨量较小,催化增雨量则较大,可达50％以上.动力过程长期维持的自然降水云,雨量较大,而催化增雨量较小,个别情况下催化后雨量稍减.自然不降水的浓积云催化后可能产生降水.它们的动力过程越稳定,催化后的雨量越大.文中还讨论了增雨机制,对盐粉的最佳粒度、剂量、播撒时机和部位也作了一些数值试验.     

盐粉催化积云降水的数值模拟

本文利用二维直角坐标非定常积云降水模式模拟播撒盐粉催化降水过程.播撒是在云中一个网格点中一次引入盐粉,盐粉进云后碰并云滴长大并随云中气流移动和沉降.在计算盐粉成雨的同时还计算自然成雨. 计算结果表明,在合适条件下,盐粉催化后约半小时可出现增雨,增加雨量为10％—50％,它是播撒量的几千倍.盐粉直径小的降雨效率高,但在云中生长时间长,一般采用几十微米至一百微米直径的盐粉为宜.     

三维对流云盐粉催化模式的发展和催化模拟试验

在三维混合相对流云模式中发展了盐粉催化方案,该方案考虑了盐粒与云雨滴和冰相粒子间的相互作用,模式中增加了盐溶滴的质量Qn和浓度Nn两个预报量.利用盐粉催化模式进行了个例模拟试验,并对催化结果进行了对比分析.结果表明,当采用30个·L-1剂量的盐粉两次催化时,催化效果较好,地面总降水量可增加10％;当催化剂量减少时,增雨效果不明显.同时催化剂量超过1 000个·L-1,可导致降水总量减少.催化时间提前或延后都会影响增雨效果.模拟第70 min后出现了少量的减雨,并持续到降水结束.通过分析催化后云中水成物,发现盐粉催化不仅影响了暖雨过程,而且云雨滴通过冻结形成霰等过程也影响了冷雨过程.     

对流云盐粉催化的数值模拟研究

利用三维对流云盐粉催化模式对一次对流云降水进行了盐粉催化模拟试验。模式中考虑了盐粉与云雨滴和冰相粒子间的相互作用。模拟结果显示,当采用20μm粒径的盐粉进行单次催化时,催化效果较好,地面总雨量可增加20%,催化次数的增多会导致降水的减少。霰融化成雨是雨滴增长的主要机制,霰碰并过冷云水是霰增长的主要机制,催化后霰融化成雨和霰碰并过冷云水的速率均有提高。催化会引起水成物云滴、冰晶、霰和雨滴的比质量变化。霰和云滴的粒径也在催化后出现了明显的增大。催化后短时间内动力过程出现了变化。     

积云暖雨过程及其盐粉催化的参数化数值模拟

我国南方夏季浓积云和积雨云前期的自然成雨过程中,暖雨过程(没有冰相参与的凝结、碰并过程)起着主要的作用。多年来我们进行的盐粉催化积云的人工降雨试验,其作用原理也在于影响积云的暖雨过程。在数值模拟中必须对暖雨过程提出比较切合实际的可用的数值模式。     

一次浙江对流云催化数值模拟试验

为了研究吸湿性催化剂、碘化银催化剂及两者的联合催化效果,利用双参数三维对流云催化模式,对浙江南部一次对流云降雨过程分别进行盐粉暖云催化、碘化银冷云催化和冷暖混合催化试验,对比研究不同催化方案对对流云降雨的可能影响。结果表明:盐粉催化导致先增雨后减雨,主要通过盐溶滴与云滴碰并增长,及雨滴碰并和霰粒子碰冻过程消耗。在上升气流区和降雨前期进行催化的增雨效果更好,30 μm粒径的盐粉催化剂量为12.5/L时,可增加降雨量17.8%。在降雨过程的不同发展阶段进行AgI催化,表现出先减雨后增雨的催化效果。盐粉和碘化银的联合催化,由于两者催化效果的不同步,使得不同吸湿性催化剂和碘化银催化剂量配置会导致不同的催化效果。当30 μm的盐粉,催化剂量12.5/L,联合碘化银100/L的冷区催化,可取得19%的增雨效果。     

表面活性剂的可能催化作用

人工降水是人类向天气控制作尝试的最早项目之一。30年来,人工催化冷云的试剂名目众多,并且最近仍不断有新的催化剂诞生使用。但人工催化暖云却依然使用直接向云中撒播如盐粉这类吸湿性物质或大水滴这些传统方法。 根据暖云降水的机制,把吸湿性物质(例如盐粉)人工引入云体后,就能吸附云中水汽,变成溶液滴,溶液滴表面饱和水汽压比水滴小,所以在它的表面会吸附更多的水汽,即借助凝结增长逐渐变成大水滴,再经过与小云滴重力碰并而增大,最后雨滴在云内下降过程中形变,并在强烈的垂直气流冲击下破碎,产生“连锁”反应而形成降水。撒播大水滴也是在云中人工输入“雨种”,使这些雨种经过与盐     

无云降水的怪现象

1987年7月13日15时57分至16时01分(北京时),我站出现了一次无云降水的怪现象。当时天空状况是:在西北、北和东北方有孤立的浓积云,总云量一成,其余均为晴空,有1m·s~(-1)的南风。观测员发现降水后立即组织集体观测,确认降水无疑。 我站观测环境符合规范要求。当时的浓积云并     

吸湿性物质催化云雨的研究进展

用氯化钙溶滴消暖雾已经70年了,后来细盐粒子或盐溶液也被用于催化暖云,希望它们在云中形成雨胚,启动或加速碰并过程以增加降水.20世纪60年代,飞机播撒盐粉、地面烧盐粉成为我国人工影响暖云的主要方法,普遍反映有增雨效果,由于当时条件限制,没有进行严格的科学验证;同时,因为实施中播撒剂量大,对飞机又有腐蚀而被搁置.十多年前南非在人工增雨中开发了产生吸湿性微粒的新型焰弹技术,用于暖性对流云催化,通过随机化试验取得了具有统计显著性的增雨效果,这一结果在墨西哥的试验中得到重复;另一方面,泰国一直使用粗吸湿性粒子催化暖积云,近年来的随机化试验也证明能增加降水,但是降水的增加是4 h后在被催化云的新生云中出现的.这些结果重新激起人们对暖云催化的兴趣,成为当前国际云雾物理和人工影响天气领域的热点问题之一.     

华北层状云系人工增雨个例数值研究

利用耦合了CAMS详尽云方案和非静力中尺度数值模式MM5V3的CAMS中尺度云分辨模式对2008年3月20—21日环北京地区的一次层状云系降水进行模拟和人工催化数值试验。模拟自然降水分布与实测结果一致,分析微物理特征并在所得分析的基础上进行催化试验。研究在不同催化剂量、高度进行试验对降水的影响。结果表明：在过冷水含量高且冰晶含量低的区域引入人工冰晶可使地面降水增加。引入人工冰晶后催化区域水汽明显减少,云水也有减少,冰晶粒子和雪粒子增加,而且水汽减少的量明显大于过冷云水的减少量。同时催化后550 hPa附近的下沉气流中心变为上升气流,动力、热力效应明显。雪碰并冰晶增长、冰晶转化成雪增长是催化高度附近雪晶增加的主要过程,而催化高度以下,雪碰并过冷云滴增长是雪晶增加的主要过程;雪晶碰并过冷雨滴增长是霰粒子增加的主要过程;雨滴碰并云滴增长是雨滴增长的主要过程。     

江苏盛夏飞机人工增雨作业的雷达气象学分析

本文对盛夏季节33次飞机人工增雨作业过程作业前后的天气雷达回波资料、天气背影和地面降水资料进了分析,发现作业效果明显的云系主要是：浓积云或浓积云群;复合型层状云;积层混合云;其中最明显的是积层混合云。通过分析,提出了一套飞机对冷云部位进行人工增雨作业的具体指标和作业方式。     

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。     

贵州夏季自然云中冰雪晶和大粒子观测结果的分析

本文对夏季贵州自然降水性云的冰雪晶、大粒子作了初步分析。主要结果有:(1)冰雪晶平均浓度比北方地区的低,另外云中含水量大的区域冰雪晶平均浓度值也较大。(2)积状云冰雪晶浓度频数分布较集中,大多数集中于平均值附近,不超过一个量级。(3)冰雪晶和大粒子空间分布有明显差异。(4)在浓积云内暖云部分有冰雪晶沉降。(5)贵州夏季自然云降水及其人工催化的研究必须考虑冰相过程。     

典型层状云系催化试验的云物理响应研究

利用2003年秋季延安地区一次典型层状云系加密探空和实时雷达观测资料,设计了催化和对比探测方案,计算得出催化影响区及下风方可能采集到响应值的区域。按照设计方案进行催化和探测。云物理响应观测结果表明:PNS粒子探测系统检测到催化后30min,小云滴减少;大冰晶的浓度增加;催化前冰晶以片状为主,催化后可看到有霰坯;催化前大雪晶浓度很小,雪晶之间没有攀附;催化后雪晶浓度增加,且大雪晶增加很多,可明显看到几个雪团攀附在一起形成的较大雪团;雷达观测到催化前拟播撒区内云的回波强度较弱、范围较小,催化后云体明显增大,强中心增加了5～10dBz;催化约1h后影响区雨量均有增加,说明催化引入的人工冰晶,使冰晶凝结比水滴凝结更有利于过冷云水转化为降水,冰晶效应和雪晶攀附过程是这次层状云系降水系统中的主要过程。过冷水冻结释放的潜热,导致云内升速加大,使催化区云和降水得到发展。     

北京地区一次降雪过程的人工催化数值模拟研究

利用中尺度气象模式WRF的双参数显示云物理方案,开展冬季冷性层状云降水过程的数值模拟和人工增雨催化数值试验。模拟个例为2013年3月19日北京地区的一次典型降水过程,在分析模拟得到的云中水成物和上升速度分布的基础上设计不同催化试验,研究不同催化时刻(云体发展期、云体成熟期)和三种催化剂量对地面降水、云中水成物浓度、动力场和热力场以及微物理转化过程的影响。模拟试验结果表明:模拟的自然降水分布和实测结果较为一致;不同的催化试验都可以使地面雨量增加,在云体发展期以107个·kg-1剂量进行催化的效果最佳;引入人工冰晶后催化区域水汽和过冷云水含量明显减少、冰晶和雪的含量有所增加、催化区域上升气流明显增强,温度提高;催化后40 min时雪的增长主要依靠其凝华增长、冰晶向雪的自动转化、雪和云滴之间的碰冻以及冰晶和雪之间的碰并;催化后200 min,催化云中各种微物理过程对雪的贡献高于自然云,催化前期消耗了过冷云水,此时云中雪和云滴之间的碰冻对雪的贡献非常微弱,雪的增长主要依靠凝华增长以及雪和冰晶的相互作用。     

陕西省9月水汽输送特征分析

应用陕西省1970年至2008年74个气象站9月降水资料和NCEP再分析资料．分析了陕西省9月降水空间分布和水汽输送特征,结果表明：陕西9月降水量具有明显的一致性和南北反相位的分布特征;副热带高压外围的东南气流和中纬度西风气流是影响陕西9月降水的主要因子;阿拉伯海西南气流和我国东海区域及我国东南沿海的东南气流与陕西省9月降水有着较好的相关关系;陕西南边界水汽通量在20世纪60-80年代较为充沛,90年代逐渐减少,2000年后有明显的增长趋势。     

一次冷锋云系的宏微观物理特征分析

利用常规气象资料、自动站资料、卫星云图、CINRAD-SA多普勒天气雷达资料以及NCEP再分析资料,结合飞行探测数据,对影响2011年4月17日河北抚宁县森林大火的一次冷锋云系进行分析.结果表明:1)宏观分析,过程降水的水汽仅来自冷锋自身所携带的微弱水汽,水汽辐合值较小,不利降水;2)微观分析,冷锋层状云系在水平和垂直方向上存在较薄的过冷水云区,小粒子数浓度大于20 cm^-3的云区占一定比例.飞机催化作业后,雷达回波强度增强,CAS(云气溶胶粒子探头)探测的小粒子数浓度、云含水量及粒子平均直径均有明显变化,说明该次冷锋云系有一定的增雨潜力.     

2004—2017年夏半年西南涡在四川盆地形成降水的特征分析

利用0.5°×0.5°分辨率的CFS再分析资料,对2004-2017年5-10月西南涡进行了普查,按TMPA V7资料显示的降水分布特征对西南涡进行分类。统计了不同类型西南涡出现的频数,并对西南涡降水特征进行分析,包括降水范围与强度等,最后分析了4类西南涡代表个例的环流和降水形成机制差异。结果表明,夏半年西南涡降水依次频繁出现在西南涡东北部、东部、东南部、中部;分析4类频数较多的西南涡降水特征,发现中部降水型暴雨范围最广,降水强度最强,其次为东南降水型、东部降水型与东北降水型。对代表个例的环流特征分析发现,中部降水型西南涡与东北型冷暖气流均在盆地北部相遇,不同的是,中部降水型冷空气范围更大,并与西南气流形成环型流场;东南降水型与东部型相似,二者均无冷空气入侵,差异表现在东部降水型西南气流偏东,并翻越大巴山,而东南降水型气流遇大巴山后向西绕流。对各类西南涡降水形成机制的分析,发现西南涡降水与其临近地区显著的垂直环流圈有密切关系,降水区通常与环流圈位置对应。     

对无云降水现象的浅析

无云是不能降水的,既有降水现象就必然与某种云有联系。那么,在万荣县气象站西北方、北和东北方存在孤立的、总云量仅一成的浓积云是否会使测站出现降水呢?在特殊情况下是有可能的。 当有较强的风切变时,积云云体会发生倾斜或将降水物吹向远方。比如当积云云高为2000m,降水下落速度为4m·s~(-1),云下风速为10m·s~(-1)时,就可把降水物吹至5km远处落地。在飘动过程中,降水物一路都在蒸发,待其降落到地面时,可能大都被蒸发完了,只有少量降水物能落到地面,而且一般只是飘忽下落。因此,由不在天顶附近的浓积云飘来降水是完全可能的。 至于地面为1m·s~(-1)南风,是否说明当时地面气压较低,正适宜于偏北方向的较冷气流的侵入     

层状云数值模式与实际观测研究

改进了一维层状云雨滴分档模式,利用雨滴分档模式在计算雨滴粒子谱型及数浓度自然演变方面中的优势,对吉林省长春市6月21日3个不同时刻的降雨进行了模拟,并与实测资料进行了比较。结果表明,改进后的模式计算稳定,可以模拟出与实际降水谱型相接近的雨滴谱;对于层状云中上升气流速度难以直接测量的问题,通过选用不同的上升气流速度方案,并将计算所得的雷达回波反射率廓线与实际地面雷达观测值相拟和的方法,从而为实现通过雷达回波与模式计算相比较来测量定量降水提供一个新的思路;与实际观测结果比较可知,暖区碰并过程对本次降水的贡献在10%左右,与上升气流的速度有关。