一次降水性积层混合云系的微物理特征分析

利用山东省2007年10月27日1架次机载粒子测量系统（Particles Measuring System,PMS）积层混合云探测资料,分析了云中粒子浓度和尺度、液态含水量,以及小云滴和大云滴谱的垂直分布特征,比较了催化前后云微物理特征的变化。结果表明,催化前,云层中小云滴谱型为单峰,谱宽随高度增加先变窄后变宽,大云滴谱型在云低层为单峰,中高层为双峰谱,谱宽随高度增加先变宽后变窄,并且没有探测到降水粒子。催化后,小云滴尺度在低层减小、高层增加,整层液态水含量减小;大云滴浓度增加,尺度增大,出现降水粒子,固态粒子类型增多。在3 700~4 000 m高度层内小于10μm粒子明显增加,说明凝结过程比较明显,并且10~27.5μm粒子开始出现,启动了云滴的碰并机制。小云滴谱变化较小,基本为单峰谱,但在较大云滴处谱型略有起伏,在3 000m和3 300m高度的谱宽增宽。大云滴粒子谱有较大的变化,低层变成双峰谱,谱宽最宽可达650μm,中高层为双峰或多峰,峰值从小值向较大值移动。2D-P探头在催化云高层探测到降水粒子,谱型呈单调下降形态,谱宽最大为600μm。     

起伏条件下云雾的重力碰并生长

云雾中的气象要素和云雾物理量经常有着起伏,因此研究重力碰并在这种起伏条件下如何使云滴生长,从而形成滴谱,是很必要的。本文对云中小水滴浓度(或含水量)有起伏时的云雾滴生长进行了计算,得到了云滴的一种理论分布。由此可以看出,在起伏条件下,云滴生长是比较快的。在比较短的时间和比较薄的云中有可能形成相当大的云滴,即半径50μ乃至100μ以上的云滴。因此在均匀条件下,凝结生长和重力碰并增长中的所谓“生长障碍”区(云滴半径在20—30μ左右)也就不存在。     

辽宁层状云微物理结构的水平变化特征

根据1997年在辽宁利用机载粒子测量系统(PMS)获取的探测资料,探讨了层状云中云滴谱、粒子数浓度在水平方向上的分布变化,并分析了温度、粒子含水量在水平方向上的变化特征。研究表明:云滴数浓度和云滴半径在水平方向上存在着较强的起伏性变化;层状云中温度在水平方向上总体变化不大;云中的云滴谱结构在水平方向上的起伏较大,存在3种变化规律;云中含水量在水平方向上的变化大,且与粒子数浓度存在正相关。     

辽宁层状云微物理结构的水平变化特征

根据1997年在辽宁利用机载粒子测量系统（PMS）获取的探测资料,探讨了层状云中云滴谱、粒子数浓度在水平方向上的分布变化,并分析了温度、粒子含水量在水平方向上的变化特征。研究表明：云滴数浓度和云滴半径在水平方向上存在着较强的起伏性变化;层状云中温度在水平方向上总体变化不大;云中的云滴谱结构在水平方向上的起伏较大,存在3种变化规律;云中含水量在水平方向上的变化大,且与粒子数浓度存在正相关。     

内蒙古中部地区一次典型层状云的云微物理结构特征分析

文章利用机载云粒子探测设备对2020年9月13日在内蒙古地区探测获得的一次云飞行个例资料,通过分析云内微物理结构特征发现飞机在爬升阶段和下降阶段云滴数浓度(N_c)和液水含量(LWC)存在明显的起伏,说明云系在垂直方向不均匀,同时发现云内的N_c与LWC的变化趋势较为一致,云滴有效半径(ED)最大值出现在4000～5000 m高度附近,显示在该高度区间为云滴尺度增长的主要部位;分析云滴谱发现,小粒子段谱线高于大粒子段,是由于云内主要为凝结增长过程,小云滴的增长速度远快于大云滴;同时由于云内上升气流作用,在3500 m以上存在LWC和ED随高度逐渐增大的趋势且存在峰值,因此云滴谱显示高层尺度较大的云滴多于低层;并且通过对云滴谱离散度(ε)的计算,讨论ε与N_c的关系发现,在N_c较高时ε出现整体收敛,并且随着LWC的增大,ε与N_c的负相关关系逐渐明显。     

三参数云微物理方案中气溶胶谱函数对云滴谱影响的数值模拟研究

观测和分档方案的数值模拟都证明气溶胶的谱分布特征对云滴谱的演变有直接影响继而作用于降水的发展。目前广泛使用的总体双参数云滴谱方案因为表征云滴谱的预报量不足,在凝结过程中云滴谱呈不正常的拓宽现象。因此在参数化方案中,气溶胶谱对云滴谱的影响未有明确结论。中科学院大气物理研究所(IAP)云降水物理与强风暴重点实验室(LACS)新研发的三参数方案(IAP-LACS)通过增加的预报量克服了云滴谱的拓宽问题,提高了云滴谱模拟的准确性。为了研究在参数化方案中气溶胶谱分布特征对云滴谱的影响,本文采用新方案进行WRF(Weather Research and Forecasting mode)大涡理想性试验,验证了新方案中气溶胶对数正态谱函数中数浓度、几何半径和标准差3个参量对云滴谱演变的影响。针对3个参量的敏感性试验表明新的气溶胶活化方案和三参数云滴凝结增长方案能够描述气溶胶谱对云滴谱演变的影响规律:气溶胶数浓度对云滴谱影响最显著,数浓度越高活化生成的云滴数量越多,云滴半径越小,云滴谱趋向窄谱,气溶胶数浓度低时,云滴数量少、半径大。较大的几何半径使气溶胶谱向大粒径移动,导致大云滴生成,标准差对云滴谱的影响最不显著。     

湍流对云滴谱增长的作用(摘译)

一、引言云中总有一定程度的湍流存在,然而究竟多大强度的湍流扰动对降水形成的微物理过程有影响,目前尚不清楚.研究湍流对处在发展初期的积云中碰并过程的作用是特别有趣的,有研究证实,湍流增强,则微滴增长.又有人认为,在海洋上弱的湍流可以引起云滴谱的明显展宽.其结果是,对于起伏的湍流速度场,不同尺度的云滴对应不同的     

气溶胶浓度对暖云不同生长阶段物理特征影响的模拟研究

基于云微物理过程完善的TAU2D分档云模式, 模拟研究了用热泡扰动生成的暖云在不同气溶胶数浓度(Na)背景条件下各演变阶段云微物理量的变化特征。结果表明: 在暖云的发展过程中Na越高, 云滴尺度变小, 云滴间的碰并增长发动较晚, 云滴谱因碰并增长而实现的滴谱拓宽变弱, 云滴谱相对较窄, 云滴谱标准差较小, 因此云体发展越缓慢, 云体生命周期越长, 形成降水就越晚; 反之, 云滴尺度越大, 碰并增长发动越早, 云滴谱拓宽更明显, 云滴谱标准差越大, 云体生命周期相对更短, 降水开始时刻越早。高Na背景下, 碰并阶段云滴谱较凝结阶段更宽, 沉降阶段因云体下沉蒸发导致小尺度云滴减少, 使其滴谱较碰并阶段略有拓宽。在凝结阶段, 低气溶胶背景下云滴数浓度(N)和离散度(ε)间呈现正相关关系, 而高气溶胶背景下两者为负相关关系。在碰并阶段, N与ε的相关性关系为负相关, 且随着气溶胶数浓度的增加, 负相关程度降低。在沉降阶段, N和ε间为负相关关系。     

海洋层积云中的云滴谱宽度及其影响因子

云滴谱宽度对模式中云的光学厚度的参数化、气溶胶间接效应的评估以及降水形成过程的研究至关重要。本文利用美国POST（Physics of Stratocumulus Top）项目2008年7月19日的飞机观测资料，分析了微物理量和云滴谱的垂直分布及微物理过程。结果表明，该云系云滴谱宽度在云底附近较大，这是由低层核化过程导致的；中层凝结增长过程使得云滴谱宽度随高度增加逐渐减小；云顶附近夹卷混合过程导致云滴谱宽度增大。绝热云中垂直速度的增大会促进云凝结核的活化使云滴数浓度增大，促进凝结增长使云滴尺度增大、云滴谱宽度减小，云滴谱宽度与云滴数浓度、云滴尺度呈现负相关关系；云洞中受夹卷混合过程影响，垂直速度减小，云滴蒸发，云滴数浓度和云滴尺度减小、云滴谱宽度增大，且该效应随绝热程度减小而增强。建议云滴谱宽度的参数化将垂直速度、云滴数浓度、云滴尺度和绝热程度等考虑在内。     

积云中去滴谱形成的数值模拟研究(一)——盐核谱和浓度的作用

本文利用一维非定常积云数值模式,详细地考虑云的微物理过程,模拟了积云发展前期云的宏微观结构,研究了盐核谱和浓度对积云中云滴谱形成的影响。结果表明,本模式模拟的云中上升气流和含水量等宏观特征与观测结果基本上一致,云滴谱分布和大云滴浓度以及它们随高度分布的特征等也与观测相符。在积云顶部附近还模拟出双峰云滴谱。结果还指出,大陆性积云云滴谱和海洋性积云云滴谱之间的差异,主要是由于两地空气中盐核总浓度不同所致,而不是由于巨核多少的缘故。     

积云中云滴谱形成的数值模拟研究(一)——盐核谱和浓度的作用

本文利用一维非定常积云数值模式,详细地考虑云的微物理过程,模拟了积云发展前期云的宏微观结构,研究了盐核谱和浓度对积云中云滴谱形成的影响。结果表明,本模式模拟的云中上升气流和含水量等宏观特征与观测结果基本上一致,云滴谱分布和大云滴浓度以及它们随高度分布的特征等也与观测相符。在积云顶部附近还模拟出双峰云滴谱。结果还指出,大陆性积云云滴谱和海洋性积云云滴谱之间的差异,主要是由于两地空气中盐核总浓度不同所致,而不是由于巨核多少的缘故。     

积云中云滴群凝结增长的数值模拟

本文用一维非定常积云模式研究积云中云滴群的凝结增长。比较了几种盐核谱及不同湍流交换强度等情况下凝结形成的云滴谱特征。结果表明半径1.5—2.5微米的巨核在凝结过程形成大云滴中起主要作用,而较大的巨核对平衡态凝结谱影响不大,仅起到提早出现大云滴的作用。凝结核浓度过大不利于大云滴的形成,对半径 1.5—2.5微米的巨核浓度为 10~(-3)个/厘米~3比较有利。凝结平衡谱随湍流交换和夹卷作用的影响较大,在某些条件下可以模拟出双峰谱。     

导线积冰的云雾特征观测研究

导线积冰在贵州山区是常见的气象灾害, 导线积冰增长率与气象云雾因子密切相关。研究选择贵州西部、北部、中部3个积冰区进行了专门外场观测, 观测项目有:云滴谱、含水量、气温、风向、风速、导线上积冰的长径、短径。观测分析表明:贵州云滴浓度、特征平均直径没有显著性地区差异; 云滴平均浓度140~312个/cm3, 云滴算术平均直径、均立方根直径、中值体积直径分别为7.5 μm, 11.3 μm和20 μm; 14 μm以上大云滴浓度平均占云滴总浓度的12.5%, 但对含水量的贡献高达78%, 大滴与导线碰撞效率高, 大滴是导线积冰的关键因子; 云雾含水量平均0.20 g/m3; 在0~-6 ℃之间, 含水量随温度的降低而降低; 南北向导线积冰比东西向的积冰多; 导线积冰增长率与含水量的大小成正比, 风速超过3 m/s时, 积冰增长率与风速有较明显的正比关系。     

宁夏层状云宏观和微观物理特征综合分析

利用1978-1990年间宁夏地区5-9月的飞机云物理观测资料,重点分析了无层积云的高层云宏观和微观物理结构.研究表明:(1)无层积云的高层云云底比有层积云的高层云云底略高,云滴谱小粒子的数浓度也较大.暖层中的大云滴浓度高于冷层,可为云滴的碰并增长和冰晶繁生提供一定的大滴,利于降水的形成.(2)含水量的垂直分布具有多个峰值,极大值位于云的中下部,有利于高层冰雪晶粒子下落过程中碰并增长.(3)高层云雪晶谱总体上呈单调下降型,尺度为0.3～0.6 mm的雪晶浓度达到最大,优势晶形以立体枝状、柱状和针状为主.用M-P分布N=N0exp(-λr)来拟合雪晶谱,系数N0为0.132,系数λ为2.681,相关系数r为0.975,拟合精度优于Γ函数N(r)=ar2exp(-br).     

爆炸对云滴碰并增长的实验研究

在2m3云室中进行了一组研究爆炸对云滴碰并增长影响的试验。用一个模拟爆炸源产生冲击波，通过沉降取样和FSSP观测爆炸前后的滴谱变化。沉降取样结果表明，在爆炸声压级130 dB作用后的2分钟内，滴谱变宽，较大云滴浓度增加。从室内试验看，爆炸冲击波似乎能促进云滴的碰并过程。本文结果为爆炸对暖云影响提供了一种可能的解释。     

层积云与积云中的微物理特征及其影响因子

美国大气辐射观测项目组进行的浅薄低云的光学辐射观测项目(RACORO)对出现在美国南部大平原的低云开展了为期五个月的观测,得到了大量层积云和积云中的数据。为了探究在层积云和积云中的微物理特征,采用伽马分布、对数正态分布、威布尔分布对微物理量的概率密度分布进行拟合,分析对比层积云和积云中微物理量的特征,并探讨两种云云滴谱离散度的影响因子。结果表明,以上三种概率分布函数对层积云和积云中的微物理量的概率密度分布拟合效果很好,绝大部分总体拟合度达到了0.80以上。综合看来,伽马分布对层积云内的微物理量拟合效果最好,对数正态分布对积云内的微物理量拟合效果最好。对比层积云与积云中微物理量的分布差异得到,在积云中云滴数浓度更高,而云滴的平均半径更小;积云含水量、标准差和离散度与层积云相当。在云滴谱离散度的影响因子方面,层积云和积云中离散度与云滴数浓度、垂直速度呈负相关关系,这是因为垂直速度越大,过饱和度越大,云滴浓度越大,离散度越小;垂直速度减小往往对应着夹卷增强和云滴蒸发,从而导致云滴浓度减小和离散度增大。     

广州地区1984年6月小阵雨的微物理结构

本文分析了广州1984年小阵雨的雨滴谱分布。指出该地区小阵雨谱型以Ⅲ型谱(多峰谱)居多,不出现Ⅰ型谱(无峰谱)。滴浓度较小而平均尺度较大,最大滴直径达6.5mm。最突出的特点是起始直径较大,小滴明显不足而大滴较多,用指数谱描述不甚理想。 此外发现,W-I关系较Z-I关系的地区变异小得多;该地小阵雨的W-I,Z-I关系可分别表示为: W=0.0569I~(0.88), Z=345I~(1.39)。     

宁夏地区6—7月降水性层状云的云滴谱特征

本文使用1979—1981年6—7月飞机观测的云滴谱资料,分析了宁夏降水性层状云中云滴谱的平均特征;并对一次典型个例云滴谱的垂直分布特点进行了讨论。     

中国北方典型地区不同类型云微物理特征分析

对2009—2011年内蒙古通辽地区41架次穿云飞行探测结果进行统计分析,探讨中国北方典型地区的各类型云的微观特征。结果表明:该地区不同云型的平均云滴粒子数浓度Nc按大小排序为:层积云Sc积云Cu高层云As雨层云Ns高积云Ac。降水性云(Ns,As和Sc)的Nc值一般跨度范围较大,且累计概率的减小幅度较为平缓。降水性云(Sc,Ns和As)的平均液态含水量LWC比非降水云(Ac和Cu)要大,As和Ns的LWC多介于0.01～0.3g·m~(-3)之间。不同云型的平均直径Dm特征与有效直径De类似,有较大Nc的云类,一般云滴尺度小,平均De的大小顺序是NsAsAcCuSc。高云和中云(Ac,As和Ns)的De和Dm普遍比低云(Sc和Cu)大,降水性云中与非降水性云中相比具有较多的大云滴。此外,各类云滴谱的相对离散度在Nc较小时分布较为分散,随着Nc的增加,相对离散度收敛到0.3～0.6,最终各类云相对离散度都收敛到0.4附近。     

云滴谱湍流拓宽和暖雨形成过程:综述（英文）

研究目的:介绍暖云降水之谜,总结湍流起伏和夹卷对云滴谱拓宽和暖雨形成过程的影响,包括观测、实验、模拟和理论方面取得的成果。重点阐述我国上世纪五六十年代在湍流起伏方面的突出成绩。重要结论:过饱和度、云滴数浓度、含水量和垂直速度等的起伏对凝结和碰并过程有显著影响。中国和俄罗斯科学家最早把随机凝结过程引入到云物理研究中。夹卷过程可能是暖云降水之谜的一个解。系统理论表明:湍流强度越大,云滴谱越宽。