贵州输电线积冰数值研究

本文建立一个研究贵州输电线冬季积冰过程的时变数值模式。模式中考虑了低风速下非水平流场中过冷滴的下落对输电线积冰增长的贡献。应用该模式研究了实测的各种过冷却液滴直径、液水含量、气温、风速条件及不同导线直径下的积冰情况。计算结果表明：长时间积冰情况下，积冰的最终直径与初始线径关系不大．液滴的中值体积直径对积冰强度、积冰直径和积冰荷载影响较大。模拟的最大积冰直径为147mm，积冰荷载为0．43～14．98kg／m，积冰密度为0．28～0．92g／cm3。     

雨雾淞天气的滴谱 含水量与积冰

本文通过四年的野外观测资料，对贵州雨雾淞天气的滴谱、含水量与积冰作进一步的探讨，得出滴谱的表达式、含水量与积冰自身的变化、以及滴谱特征量和含水量在雨雾淞天气积冰中的作用。     

华家岭2008年电线积冰的变化特征与气象条件分析

利用华家岭气象站不同高度、不同方向、不同导线直径的电线积冰观测资料,分析了电线积冰在不同高度、不同方向、不同导线的变化特征,以及与气温、水汽压、风速等气象要素的关系。分析表明,电线积冰量随高度增加而增加,随电线直径增大而增大;在相同高度、相同导线上,不同方向的积冰量与风向有关。电线积冰量与水汽压、风速分别呈正相关和反相关。在一定阈值内,电线积冰量和气温存在较好的相关性。     

云中积冰过程微物理参量演变规律的数值模拟

利用耦合Thompson参数化物理方案的WRF（weather research and forecasting）中尺度数值模式,对发生在2008/2009年和2009/2010年冬季恩施雷达站处三次积冰过程的边界层特征和云雾微物理量进行了模拟,并与实测结果进行了对比分析.模拟结果较好地反映了恩施雷达站上空多逆温影响的温度层结特征;云水质量浓度和云雾滴中值体积直径的模拟值与观测值的平均绝对误差分别为10-2g·m-3和3.8μm;恩施雷达站上空存在一个质量浓度为0.3g ·m-3左右的高值中心,其逐渐下移接地,给积冰过程带来充足水汽,且此时通常也有降雨出现.     

山西省层状云微物理结构探测分析

针对山西省2009年6月18～19日的一次降水过程,利用机载DMT探测资料、Micaps常规天气资料和卫星云图等资料分析了这次降水的宏微观特征.结果表明:这次降水是锋面云系产生的,18日山西省处于冷锋锋前,19日为冷锋锋后;锋前云底较低,云层较厚,有夹层存在,云中上升气流很强,云滴数浓度最大为280 cm3、平均直径最大为15 μm、含水量最大值为0.35 g/m3,云滴谱呈双峰或多锋型;锋后云底较高,云层较薄,云滴数浓度最大值为170 cm-3、平均直径最大为10 μm、含水量最大值为0.05 g/m3,云滴谱呈双峰或多锋型;层状云在垂直方向和水平方向均存在不均匀性;垂直方向含水量变化与云滴尺度变化较为一致,水平方向含水量增加主要因为大云滴数密度的增加;T分布拟合云滴谱结果接近实际分布.     

导线积冰重量模拟方法探讨

根据导线积冰的物理模型框架以及对导线积冰的主要影响气象因子相关分析,构造与导线积冰增长有关的水汽输送量指标,建立了导线积冰的预测模型;利用贵州省9个气象站1951—2010年的积冰观测资料和同期气象观测资料,采用非线性回归分析等方法,拟合了预测模型中效率因子系数的经验函数。建立的模型中各因子均为可预报气象要素,因而具有更好的预报可操作性,历史资料的拟合效果比较理想。     

陕西省电线积冰特征

选用陕西省宝鸡、华山、洛川、吴旗、榆林5站1980—2005年电线积冰观测资料, 分析了陕西省雨凇、雾凇及混合凇的分布特征与物理特性。结果表明:陕西省华山电线积冰最多、最大、最重。电线积冰以雨凇最多, 雾凇次之, 混合凇最少, 分别占55.2%, 27.9%和16.9%。各地积冰日多出现在11月至次年3月。雨凇、雾凇、混合凇的平均等效直径为10~25 mm, 极大值为78 mm; 平均质量为86~236 g/m; 华山积冰质量极值最大, 为1290 g/m; 积冰平均密度为0.22~0.34 g/cm 3, 混合凇最大, 雾凇最小。南北向等效直径的平均值、积冰质量、密度均大于东西向。近26年, 年最大积冰质量有增加的趋势。     

华山电线积冰日气象条件

选用华山气象站1980—2008年电线积冰观测资料,将其转换为标准冰厚,并与每日4次温度、湿度、水汽压、风速、降水量等进行相关分析。结果表明:华山标准冰厚为0~20mm。积冰主要为5mm以下,出现频率达87.56%。风速为2.1~8m/s,积冰出现频率达75.72%。15mm以上积冰只出现在日平均风速为1.1~16m/s时,并以4.1~8m/s出现频率最大,为0.45%,占该厚度的60%。出现积冰时的水汽压(日4次水汽压中的最大值)多为3.1~7hPa,15mm以上积冰只出现水汽压为4.1~8hPa时。出现积冰的湿度多为81%~100%;15mm 以上积冰也出现在该湿度范围内。当20-08时降水量为5mm以下,华山积冰出现频率达91.03%;15mm以上积冰出现在降水量为0.1~20mm时,并以5.1~20mm频率最大。华山积冰时,14时气温主要为-9.9~5o C,积冰频率达88.24%。15mm以上的积冰也出现在该温度范围内,并以-4.9~0o C间频率最大,为0.45%。华山14时气温为-4.9~0o C、日平均湿度为90%~100%时,积冰出现频率最大,为25.41%,大于四分之一,其中出现5mm 以下积冰的频率为21.19%。15mm 以上积冰主要出现条件为-4.9~0o C、湿度90%以上,出现频率为0.45%,占该厚度的66%。
 

     

广西南宁冬季层状暖云微物理特征的飞机观测分析

利用运十二飞机在2012年冬季广西南宁地区开展的12架次层状暖云微物理探测资料进行分析,统计和观测结果表明,层状暖云垂直方向分层显著。存在逆温是典型宏观特征,降水云基本都为多层逆温,逆温位置主要出现在云顶附近。云滴平均浓度为652±607个/cm3;无降水云比降水云云滴平均浓度略大,分别为678±348个/cm3和615±363个/cm3。平均液水含量为1.03±0.73 g/m3,其中降水云远大于无降水云,分别为1.3±0.9 g/m3和0.88±0.6 g/m3。平均有效直径为18.2±5.6 μm,降水云略大于无降水云,分别为19.4±5.0 μm和17.3±6.0 μm。垂直分布上,云滴数浓度在接近地面的下层云中最大,峰值区主要出现在云底,且随高度一般呈现递减趋势。云滴谱分布显示在6.5 μm出现次峰值。降水云中大云滴主要出现在接近地面的下层云中,而无降水云中几乎没有观测到大云滴。      

一次飞机严重积冰的天气条件和云微物理特征

利用2021年2月28日机载探测资料, 结合欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料、陕西省延安站探空资料, 分析飞机发生严重积冰的天气背景和云的宏微观结构特征。此次严重积冰天气是受高空槽、低空切变线、低空急流和地面冷锋共同影响的结果。ERA5再分析资料表明:过冷水大值区主要分布于锋区前部暖侧的700 hPa至600 hPa高度。探空资料表明:飞机探测区环境温度为-9~-3℃, 温度露点差为0℃, 具有发生严重积冰的温度和湿度条件。飞机遭遇严重积冰期间环境温度为-8~-5℃, 云粒子探头观测的液态水含量平均为0.35 g·m-3, 最大为0.7 g·m-3;总水含量仪观测的液态水含量平均为0.5 g·m-3, 最大为0.85 g·m-3, 有11 min大于0.45 g·m-3;云粒子中值体积直径平均为20.3 μm, 云粒子数浓度平均为149.3 cm-3;云粒子数浓度由低层到高层呈增大趋势, 而云粒子中值体积直径变化趋势与之相反。计算表明:国王350飞机在穿云作业时, 云中过冷水含量分别高于0.04 g·m-3, 0.15 g·m-3和0.45 g·m-3时可能遭遇轻度积冰、中度积冰和严重积冰。     

The influence of freezing drizzle on wire icing during freezing fog events

Both direct and indirect effects of freezing drizzle on ice accretion were analyzed for ten freezing drizzle events during a comprehensive ice thickness, fog, and precipitation observation campaign carried out during the winter of 2008 and 2009 at Enshi Radar Station (3017'N, 10916'E), Hubei Province, China. The growth rate of ice thickness was 0.85 mm h－1 during the freezing drizzle period, while the rate was only 0.4 mm h－1 without sleet and freezing drizzle. The rain intensity, liquid water content (LWC), and diameter of freezing drizzle stayed at low values. The development of microphysical properties of fog was suppressed in the freezing drizzle period. A threshold diameter (Dc) was proposed to estimate the inuence of freezing drizzle on different size ranges of fog droplets. Fog droplets with a diameter less thanDc would be affected slightly by freezing drizzle, while larger fog droplets would be affected signicantly. Dc had a correlation with the average rain intensity, with a correlation coefficient of 0.78. The relationships among the microphysical properties of fog droplets were all positive when the effect of freezing drizzle was weak, while they became poor positive correlations, or even negative correlations during freezing drizzle period. The direct contribution of freezing drizzle to ice thickness was about 14.5%. Considering both the direct and indirect effects, we suggest that freezing drizzle could act as a catalyst causing serious icing conditions.     

Torrential rainfall responses to ice microphysical processes during pre-summer heavy rainfall over southern China

In this study,the effects of key ice microphysical processes on the pre-summer heavy rainfall over southern China during 3-8 June 2008 were investigated.A series of two-dimensional sensitivity cloud-resolving model simulations were forced with zonally uniform vertical velocity,zonal wind,horizontal temperature,and water vapor advection data from the National Centers for Environmental Prediction(NCEP)/Global Data Assimilation System(GDAS).The effects of key ice microphysical processes on the responses of rainfall to large-scale forcing were analyzed by comparing two sensitivity experiments with a control experiment.In one sensitivity experiment,ice crystal radius,associated with depositional growth of snow from cloud ice,was reduced from 100 μm in the control experiment to 50 μm,and in the other sensitivity experiment the efficiency of the growth of graupel from the accretion of snow was reduced to 50% from 100% in the control experiment.The results show that the domain-mean rainfall responses to these ice microphysical processes are stronger during the decay phase than during the onset and mature phases.During the decay phase,the increased mean rain rate resulting from the decrease in ice crystal radius is associated with the enhanced mean local atmospheric drying,the increased mean local hydrometeor loss,and the suppressed mean water vapor divergence.The increased mean rain rate caused by the reduction in accretion efficiency is related to the reduced mean water vapor divergence and the enhanced mean local hydrometeor loss.     

祁连山一次地形云降水微物理特征飞机观测

祁连山是我国西北地区重要的生态屏障,地形云是祁连山主要降水云系,加强对祁连山云微物理过程的认识,对科学有效开展人工增雨作业、改善生态环境具有重要意义。利用2020年8月29日祁连山一次地形云降水过程的飞机观测数据,研究祁连山地区夏季云降水过程的微物理特征。此次降水过程云系呈明显的分层结构,云底高度为4000 m,整层含水量较丰富,云水大值区出现在4500~5300 m高度,与云滴高浓度区对应,云水含量主要由粒子直径为15~20 μm的云滴粒子贡献。小云粒子和大云粒子平均浓度分别为7.54 cm-3和0.86 cm-3,有效直径平均值分别为11.02 μm和198.11 μm,呈现出浓度小、直径大的特征。云系翻越祁连山过程中南北坡云微物理特征有明显变化,北坡（背风坡）粒子浓度、直径和液态水含量明显大于南坡（迎风坡）。祁连山地区不同高度小云粒子谱呈单峰型分布,Gamma分布可较好拟合直径小于50 μm的云滴谱,直径大于50 μm的云粒子谱更符合幂指数分布。凝华和聚并是冰相层冰雪晶的增长机制,混合层冰晶增长以贝吉龙过程为主,并伴有凇附和聚并生长。     

一次长白山夏季雾的宏微观特征

2021年夏季首次利用激光雾滴谱仪开展长白山主峰雾的观测研究。结合地面自动气象站、探空、葵花8号高分辨率卫星资料和ERA5再分析资料, 对2021年7月31日—8月1日长白山主峰出现的持续时间达19 h、最低能见度小于100 m的雾过程的宏微观特征分析表明:此次雾过程具有持续时间长、环境风速大、能见度低、有短暂消散, 且数浓度低、有效直径和液态水含量小等特征。雾滴有效直径平均值为5.7 μm, 数浓度平均值为246.4 cm-3, 液态水含量平均值为0.05 g·cm-3, 其微物理特征与海雾特征接近。雾过程开始为爬坡雾, 这是长白山主峰夏季典型的地形云雾, 随后由高空云层平流至长白山主峰而接地产生。在强浓雾的形成、发展和减弱阶段, 雾滴数浓度、液态水含量和有效直径的变化具有较好对应关系;在成熟阶段, 雾滴数浓度、液态水含量和有效直径变化的对应关系不明显。     

江苏北部不同等级雾的微物理结构及个例分析

利用2015—2017年秋冬季在江苏北部观测到12次雾过程的雾滴谱数据及常规气象观测资料,统计分析了轻雾、大雾、浓雾、强浓雾和特强浓雾等级下的微物理特征量及雾滴谱分布,并通过一次雾过程的分析,探讨了不同雾等级下的主要微物理过程。结果表明:随着雾等级的提升,雾滴数浓度、含水量增长明显,而轻雾、大雾和浓雾的雾滴平均直径和最大直径差异不大,但当能见度小于200 m时,平均直径和最大直径显著增大;能见度下降时,平均数浓度谱和含水量谱的谱线上抬,从浓雾到强浓雾,粒径大于10 μm的大雾滴增长明显;雾滴数浓度主要由小雾滴控制,雾滴含水量受大雾滴影响;东海县郊平均的雾滴含水量与南京观测结果相差不大,但雾滴数浓度仅为南京的一半左右,平均直径大约是南京的2.3倍;个例分析中,能见度从1000 m下降到50 m,凝结核活化并凝结增长是主要微物理过程,但可凝结水汽是影响该过程效果的一个重要因子,可使雾滴数浓度和平均直径呈现不同的相关关系;能见度降到50 m以下时,碰并过程效果显著;日出后雾滴蒸发作用显现并逐步增强。      

太行山东麓层状云微物理特征的飞机观测研究

本文利用“太行山东麓人工增雨防雹作业技术试验”的飞机和地面雷达观测数据,重点研究分析了2018年5月21日一次典型西风槽天气系统影响下的层状云微物理特征。结果表明,?5°C层的过冷水含量低于0.05 g m?3,冰粒子数浓度量级101～102 L?1。冰粒子数浓度高值区主要以针状和柱状冰晶为主。这可能低层是Hallett-Mossop机制和其他冰晶繁生机制共同作用下所产生的冰晶碎片在冰面过饱和条件下凝华增长所形成的。冰粒子数浓度低值区的冰晶形状基本以片状或枝状为主。?5°C层的冰雪晶增长主要以凝华和聚并增长为主,凇附过程很弱。零度层附近云水含量峰值区的液态水占比达到70%以上。云水含量峰值区的粒子主要以直径10～50 μm的云滴为主,伴随着少量聚合状冰晶。零度层其他区域的过冷水含量维持在0.05 g m?3左右,冰晶形态主要以聚合状、凇附状及霰粒子为主。液水层则主要以球形液滴及半融化状态的冰粒子为主。垂直探测表明:零度层以上的冰雪晶数浓度呈现随高度递增的趋势。在发展稳定的层状云内,混合层的过冷水含量很低,冰粒子主要通过凝华和聚并过程增长,云体冰晶化程度较高。而在发展较为旺盛的层状云区里过冷水含量也较高,大量液滴的存在也表明混合层冰-液相之间的转化不充分。不同温度层的粒子谱显示,冷水含量高值区的冰粒子平均浓度比过冷水低值区高,但平均直径比过冷水低值区小。     

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.     

基于气象规范的电线积冰自动监测系统的研究

针对目前气象领域内电线积冰人工观测工作强度大、效率低、准确率差,而且观测数据不连续、无实时性等现状,提出了以气象规范中使用的电线架为基础而构建的电线积冰自动监测系统。系统不仅能实时连续地监测并显示积冰的重量,而且具有防水、防冻、易装配等特点。经过贵州省威宁县野外场地实测后,系统监测到了连续的积冰重量数据,达到了预期的日的。这将有助于气象部门降低电线积冰观测的劳动强度、提高观测效率以及准确率。     

冰雪晶碰并勾连增长的实验与观测分析

冰雪晶碰并勾连成雪花或雪团的过程是降水的重要机制之一。冰雪晶形态不同导致各类晶动力特性的差异, 因此, 无论从理论、数值试验还是室内模拟研究这一过程都有很大困难。该文就室内、外场试验和自然云的观测, 讨论分析其发生机理和条件。结果表明:冰晶的增长过程有一个与云滴碰并增长相似的加速过程, 冰晶碰并过冷滴形成霰 (雹胚), 凇附长成冰雹; 冰雪晶相互碰并勾连、攀附增长为雪花或雪团, 都是降水质点加速增长的重要过程。此过程仅在水面饱和、过饱和条件下发生, 而水面欠饱和、无液滴 (无云) 时, 冰晶很薄、晶型简单, 无碰并勾连、攀附现象。冰晶在液滴存在的云雾中伴随气流对流、乱流运动中接触碰并勾连成雪花或雪团, 其碰并勾连效率既受晶体形状影响, 亦受晶体表面附着力的影响, 其机制有勾连亦有粘连, 晶型多样, 以相同晶型为主, 温度范围广 (-3~-17 ℃); 其中-13~-17 ℃碰并勾连效率最高, 该层的枝、星状晶是勾连、攀附的主要区域, 亦为冰晶繁生的主要区域、生长率最快, 是人工增雨播撒人工冰核催化效率较高的温度段。