防雹减灾专家系统

防雹减灾是一项重要且科学技术性很强的工作。为了提高防雹减灾工作的效益和作业的科学性 ,我们研制了防雹减灾专家系统。该系统是一个知识库 ,集成了防雹减灾工作需要的有关理论、技术和数据。对于防雹减灾工作者它可作为防雹减灾作业的决策工具 ,用于指导防雹减灾作业。对于科研人员它是一个研究平台 ,可以提供研究工作所需要的观测数据和设备。本文着重叙述研究该系统的理论依据 ,包括防雹减灾原理 ;冰雹云的预报、识别方法 ;防雹减灾作业技术 ,包括作业时机、作业部位、作业量的确定方法 ,各作业点、作业方位仰角的计算方法等 ;还包括物理效果检验方法以及防雹减灾作业所用的主要设备仪器的技术参数     

一次提前防雹试验及效果分析

为了科学实施人工防雹作业,减轻冰雹灾害损失,采用效果检验方法中的对比方法,分析了2007年7月24日两块冰雹云防雹作业前后711雷达回波的平面、高度变化,结果显示五次防雹作业后雷达图平面显示云团分散,高度显示云顶高度、45dBz高度均降低,这次高炮人工防雹作业有效,提前识别冰雹云、集中作业是防雹成功的关键。     

2005-05-30洛川县防雹作业效果分析

2005年5月30日延安地区遭受特大冰雹袭击,造成严重经济损失。通过各县灾后调查发现,采取不同的防雹作业方法,其防雹作业效果也不同,洛川县采用的防雹作业方法使受灾损失达到最小。利用洛川县711数字化天气雷达的探测资料,对这次防雹作业过程作个例分析,总结防雹作业效果。结果表明:人工防雹成功的关键是要抓住有利时间,采用合适的作业方式,要有充足的用弹量,才能起到防御冰雹的作用,提高防雹作业的效果。     

火箭防雹作业技术方法的探讨

针对火箭防雹作业的特点,就火箭防雹的作业部位、作业时机、用弹量、作业指挥等方面进行了深入的探讨,明确地提出了火箭防雹作业的部位、时机和剂量判定程序及作业的技术方法.     

运城市人工防雹作业方案设计

在人工防雹作业中,作业的时机、作业的部位及作业的方式是防雹是否成功的关键因素。本文在“穴道”理论的指导下,通过雷达回波确定作业部位,利用GPS定位作业点位置,根据高炮、火箭的弹道飞行轨迹,开展防雹作业指挥,提高防雹作业的科学性。     

人工防雹管理模式的研究

通过建立切合实际的人工防雹管理模式,阐述防雹高炮和作业人员管理方法、高炮检验业务标准、作业人员上岗标准及人工防雹管理模式化业务流程,解决长期以来人工防雹管理不规范、可操作性差的问题。     

防雹作业中防雹火箭发射方式的探讨

以1995年世界气象组织(WMO)提出的合理防雹物理概念为基础,依据陕西省冰雹云的结构特征和防雹火箭作业特性,为最大限度利用播云催化剂的作用和发挥防雹作业能力,将防雹火箭发射方式分为单线催化作业方式、伞型催化作业方式、垂直催化作业方式和立体催化作业方式四类。以提高火箭防雹作业的时效性为目的,对各类防雹火箭发射方式进行效率分析,提出各发射方式的适用范围和使用要求,指导火箭防雹作业的指挥、操作和培训。     

防雹作业中防雹火箭发射方式的探讨

以1995年世界气象组织（WMO）提出的合理防雹物理概念为基础,依据陕西省冰雹云的结构特征和防雹火箭作业特性,为最大限度利用播云催化剂的作用和发挥防雹作业能力,将防雹火箭发射方式分为单线催化作业方式、伞型催化作业方式、垂直催化作业方式和立体催化作业方式四类。以提高火箭防雹作业的时效性为目的,对各类防雹火箭发射方式进行效率分析,提出各发射方式的适用范围和使用要求,指导火箭防雹作业的指挥、操作和培训。     

火箭防雹技术探讨及研究

通过对火箭催化剂性能和撒播特点的分析、确定催化剂播撒最佳温度层和高度的方法、火箭防雹作业部位和火箭发射时的角度,提出火箭防雹作业用弹量的近似计算方法,尽可能地避免或减少损失,科学、高效地完成防雹减灾作业。     

基于多雷达产品的市县级人工防雹作业指挥系统

天气雷达是当前国内人工影响天气作业特别是地面人工防雹作业指挥最有效和最直接的探测、指挥工具,但不同类型、不同探测方式的天气雷达的探测产品难以有效地应用于人工防雹作业指挥。介绍了以市县级人工防雹业务为需求,采用VC＋VB为程序开发语言,应用图形图像处理技术、GIS技术、客户服务器技术、数据库技术和多媒体技术设计研制的基于多雷达产品应用的市县级人工防雹作业指挥系统的系统组成、运行流程和相关技术,并给出了相应的作业指挥判据指标。业务应用个例分析表明,市县级人工防雹作业指挥系统的应用使不同类型的天气雷达的多种探测产品在人工防雹作业指挥中得到了相互补充,有利于人工防雹作业指挥水平的提高。     

冰雹形成机制和催化防雹机制研究

利用文献［１］发展的三维弹性冰雹云催化模式模拟研究了１９９７年７月８日陕西省旬邑防雹试验区出现的一块冰雹云,分析其冰雹形成的物理机制,对雹云做了高度催化试验,研究了催化防雹机制。结果表明,９７％的雹块是以冻滴为核心增长的,在云中冰雹还未形成前,于强上升气流区的适当高度催化效果较好,而在上升气流极值高度,亦是高含水量区催化效果最好。催化使霰和冻滴的浓度增加,粒子质量减小,向雹的转化比例大为降低,因此雹块的质量和浓度都减小,达到了防雹的目的。     

NUMERICAL SIMULATION STUDY OF HAIL CLOUD—PART Ⅰ:THE NUMERICAL MODEL

In order to study mechanisms of hailstone formation and hail suppression with seeding and toobtain optimum seeding technique for hail cloud,a 3-D compressive numerical seeding model forhail cloud is developed.The water substance in hail cloud is divided into 8 categories,i.e.,watervapor,cloud droplet,raindrop,ice crystal,snow.graupel,frozen drop and hail,and the detailedmicrophysical processes are described in a spectrum with two variable parameters and morereasonable particle number/size distributions.Then,the model is able to predict concentration andwater content of various particles.Especially.it can calculate the number of hailstones whosecores are graupel or frozen drop and apply to study mechanism of hailstone formation.Additionally,a conservative equation of AgI as seeding or glacigenous agent is found andnucleation by condensation of artificial nucleus,and nucleation by freezing of cloud droplet or raindrop which contact with AgI particle are considered.The dynamic energy flux of hail shooting onground is used to verify seeding effect.Therefore the model is also used to study mechanism of hailsuppression with seeding and the seeding technique,     

NUMERICAL SIMULATION STUDY OF HAIL CLOUD-PART Ⅰ:THE NUMERICAL MODEL

In order to study mechanisms of hailstone formation and hail suppression with seeding and to obtain optimum seeding technique for hail cloud,a 3-D compressive numerical seeding model for hail cloud is developed.The water substance in hail cloud is divided into 8 categories,i.e.,water vapor,cloud droplet,raindrop,ice crystal,snow.graupel,frozen drop and hail,and the detailed microphysical processes are described in a spectrum with two variable parameters and more reasonable particle number/size distributions.Then,the model is able to predict concentration and water content of various particles.Especially.it can calculate the number of hailstones whose cores are graupel or frozen drop and apply to study mechanism of hailstone formation.Additionally,a conservative equation of AgI as seeding or glacigenous agent is found and nucleation by condensation of artificial nucleus,and nucleation by freezing of cloud droplet or rain drop which contact with AgI particle are considered.The dynamic energy flux of hail shooting on ground is used to verify seeding effect.Therefore the model is also used to study mechanism of hail suppression with seeding and the seeding technique.     

一次降雹过程的AgI系列催化模拟研究

云数值模拟是研究降雹过程和人工防雹试验的重要手段。利用三维冰雹云AgI催化模式,对北京1996年6月10日的一次降雹过程进行AgI不同催化高度、催化剂量和催化时间的系列催化模拟试验,并优选催化方案,为外场防雹设计和作业提供依据。在催化系列模拟中发现,不同催化高度的催化剂均在上升到-5℃高度后开始核化。在2.1~4.9 km高度范围内催化,AgI成核率比较高,防雹效果较好。核化的人工冰晶有效弥补了该高度上自然冰晶的不足。小剂量催化,可在减雹的同时增加部分降雨量,而大剂量催化,在减雹的同时会减少降雨。在催化时间、剂量和高度的系列催化试验中得出,采用在模拟的第15分钟在5 km高度附近播撒AgI,连续4次以5×106 kg-1的催化剂量进行催化,催化效果较好,可减少降雹量约60%,同时可避免降雨量的大幅减少。     

三维冰雹云催化数值模式

为了研究冰雹形成机制、催化防雹机制和通过数值试验获得冰雹云优化催化技术,在以前工作的基础上,发展了一个３维弹性冰雹云催化数值模式。模式考虑了冰雹云中详细的微物理过程,各种粒子采用双变参数谱,将云中水物质分成水汽、云水、雨水、冰晶、雪、霰、冻滴和雹８类,可以预报粒子的比浓度和比含量,尤其可以计算以霰或冻滴为胚胎的雹块的数量,非常适合研究冰雹的形成机制。此外,建立了催化剂ＡｇＩ的守恒方程,考虑了人工冰核的凝华核化及与云、雨滴接触的冻结核化过程,并用地面降雹动能通量检验催化防雹效果,因此,也可以研究催化防雹机制和对雹云的催化技术。     

冰雹形成过程及人工防雹研究综述

冰雹作为一种短时强灾害天气,常给农业、建筑、电力、交通甚至生命财产等造成严重影响,人工防雹也因此受到人们的广泛关注。文中首先介绍了冰雹形成机理和雹云物理研究情况,然后围绕人工防雹机理、技术、科学试验及效果评估这4个方面的研究进行了评述,旨在从理论和实践上总结人工防雹工作的进展,增进对人工防雹科学问题的认知,从而为促进中国人工防雹理论研究和技术进步提供借鉴。研究表明:（1）“累积带理论”和“循环增长理论”是冰雹形成的最常见理论,限于早期的雷达观测技术和缺乏完整的冰雹数值模式,早期认知的冰雹形成机理存在一定的局限。（2）雹胚一般分为冻滴胚和霰胚,冻滴胚由过冷雨滴冻结而成,霰胚则是冰晶、雪花撞冻生长而成。冰雹云中哪种雹胚占优势,主要看云底温度的高低。雹云的发展依赖于水汽条件、动力不稳定条件、风垂直切变等关键因子。（3）人工防雹主要遵循“播撒防雹”和“爆炸防雹”2条技术路线,“利益竞争”和“早期降雨”是常见的6种防雹原理假说中最广泛被用来作为防雹作业设计依据的2种播撒防雹理论。（4）人工防雹技术上多采用通过飞机、地面火箭、地面燃烧炉等向云中播撒人工冰核,或通过地面高炮向云中发射含人工冰核的炮弹等方式,影响冰雹的生长过程从而达到抑制或削弱冰雹生长的目的。（5）大量外场试验证明人工防雹效果有较大的地域差异,需根据各地冰雹云特征及其降雹特点制定和发展本地适用的人工防雹技术体系。（6）人工防雹效果检验仍然是制约人工防雹技术发展的一个“瓶颈”,目前常用的统计检验、物理检验和数值模拟检验技术方法均需要进一步改进和完善。由于雹云变化迅速、降雹过程短促,人工防雹技术实施的时效性以及防雹效果评估仍存在较大的困难。今后应更多地借助多种探测设备进行冰雹云的精细化探测,开展有科学设计的人工防雹外场综合试验,运用统计检验、物理检验和数值模拟相结合的综合检验技术方法评估防雹效果,推动人工防雹事业进一步快速发展。      

人工防雹实用催化方法数值研究

目前,我国普遍采用高炮和火箭两种催化工具进行人工防雹,但就如何提高这两种作业工具的有效性还缺乏系统的研究.作者利用三维冰雹云数值催化模式,选取1999年7月18日陕西省旬邑地区的冰雹云作为试验个例,分别就高炮催化不同的作业时间、催化剂量、作业部位、催化方式等,以及对火箭催化所携带的高效AgI焰剂的成核率与火箭在作业过程中以不同的发射距离、发射仰角和当火箭方位角发生偏离后对地面防雹效果的影响进行数值模拟,以期为提高防雹效果提供一些技术参考.     

冰雹云雷达识别方法及防雹作业经验

总结了辽宁省40余年人工防雹工作积累的成果和经验,归纳了3种类型冰雹云的雷达回波特征以及利用回波形态、回波参量和综合指标对其进行雷达识别的方法,并结合冰雹云数值模拟结果,总结了对具有液态水累积区的雹云、对超级单体冰雹云和对多单体冰雹云实施人工防雹作业的一些经验,对于各地的科学防雹作业具有参考作用。     

A synoptic parameterization of the drag coefficient

Abstract

The problem areas affecting the evaluation of hail suppression experiments are reviewed. These include the hail sensors and networks, trop damage data, statistical analysis, the hail‐suppression hypothesis, and the technology of cloud seeding. General directions of needed research are proposed.     

Sensitivity study of the influence of cloud droplet concentration on hail suppression effectiveness

A cloud-resolving mesoscale model with a two-moment microphysical scheme has been used. The software package for cloud seeding and two categories of precipitation elements (graupel and frozen raindrops) are incorporated in the model. The aim of this study was to investigate the impact of cloud droplet concentration on hail suppression effectiveness. The concentration level of cloud droplets is prescribed in the model. We performed sensitivity tests of precipitation amounts (rain and hail) on the cloud droplet concentration in unseeded and seeded cases. We demonstrated for the unseeded case that increasing the concentration of cloud droplets created a reduction in rain accumulation, while the amount of hail accumulation increased. It is necessary to understand whether natural diversity in the cloud droplet concentration can affect the effectiveness of hail suppression. For operational cloud seeding activities, it would be helpful to determine whether it is possible to suppress hail if we know the optimal level of concentration for cloud droplets. Our study showed that hail suppression effectiveness had the greatest influence on lowering cloud droplet concentration levels; suppression effectiveness decreased as the cloud droplet concentration increased.