层状云中垂直线源的扩散问题

下投式飞机和火箭焰弹分散的催化剂一般都形成若干条垂直线源。该文利用湍流扩散的梯度输送理论,提出了层状云中垂直线源催化剂扩散的理论模式,并给出了顺风向和垂直于风向发射的多条线源催化剂浓度叠加效应的计算公式。     

层状云中垂直线源的扩散问题

下投式飞机和火箭焰弹分散的催化剂一般都形成若干条垂直线源。该文利用湍流扩散的梯度输送理论，提出了层状云中垂直线源催化剂扩散的理论模式，并给出了顺风向和垂直于风向发射的多条线源催化剂深度叠加效应的计算公式。     

高效碘化银焰火剂及其成冰性能的研究

介绍了新研制的两种高效碘化银焰剂ＢＲ－８８－５和ＢＲ－９１－Ｙ。据云室检测，它们的成核率在—７．５——２０℃时均可达到１０１５／ｇＡｇＩ，其中ＢＲ－９１－Ｙ焰剂具有更高的核化速率。两种按国外配方制作的焰剂也在同样条件下进行了测试对比。对焰剂燃烧产生的气溶胶作了物理化学性质检测，Ｘ光衍射分析表明，ＢＲ－９１－Ｙ焰剂产生的气溶胶中ＡｇＩ仍然保持六方晶系，其点阵参数比ＡｇＩ本身及其他ＡｇＩ复合核更接近于冰。结合其他检测，讨论了新焰剂具有优良性能的原因。     

层状云人工增雨撒播方法的有效性初探

利用已建立的模拟层状云中催化剂扩散的三维时变烟团轨迹模式, 研究人工增雨撒播方法的有效性。根据１９９６－０３－３１－０８ 时实测常规气象资料和１４ 时飞机实际播撒参数, 对陕西省关中地区飞机人工增雨作业中的催化剂输送扩散进行了数值模拟, 对不同的大气层结和扩散参数做了敏感性试验分析, 根据达到有效催化的浓度（１０ 个／Ｌ）标准, 初步分析撒播方法的有效性。结果表明： （１） 非均匀、非定常、非垂直撒播线源的催化剂输送扩散特征是, 浓度等值线空间分布图形类似于撒播线, 但更为复杂, 已不满足高斯分布; （２） 催化剂的扩散与湍流扩散系数、风场分布相对应, 水平扩散范围大于垂直扩散范围; （３） 大范围的撒播并不象人们期望的那么有效, 因为云中存在许多无催化剂影响的区域, 建议飞机人工增雨作业中设计撒播方案时, 应该科学慎重;（４） 催化剂的扩散对湍流扩散系数非常敏感, 建议模式中最好含有湍流预报项。     

层状云中非垂直多条撒播线源催化剂扩散的数值模拟

首先建立了一个模拟层状云中催化剂扩散的三维时变烟团轨迹模式。该模式能够模拟层状云中多条（与风向）非垂直撒播线源的催化剂扩散特征。在模式中,详细考虑了地形、垂直风切变对催化剂扩散的影响以及催化剂播散参数的时空变化和催化剂的湿清除效应以更接近于实际过程。其次建立了一个细网格三维非静力中－β尺度动力学预报模式,用于模拟大气流场和湍流场,以其作为烟团轨迹模式的背景场。最后根据１９９６年３月３１日０８时实测常规气象资料和１４时飞机实际播撒参数,对陕西省关中地区飞机人工增雨作业中的催化剂扩散进行了数值模拟,对不同的大气层结和扩散参数做了敏感性试验分析。模拟结果表明：（１）在非均匀、非定常及非垂直直线源情况下,层状云中催化剂扩散的浓度等值线空间分布较复杂,不满足高斯分布。（２）催化剂的扩散与湍流扩散系数、风场分布相对应,水平扩散范围大于垂直扩散范围。（３）不稳定层结有利于催化剂扩散和多条线源的合并,扩散系数越大,扩散范围越大,线源间合并越早,撒播的线源间距可以大些。（４）陡峭地形对低层风场和湍流场影响较大。     

机载19管多星体拖曳式焰弹催化系统

北方大范围层状云和混合云飞机人工增雨(雪)是解除干旱、森林灭火、改善生态环境的重要途径之一。研制的L-1型机载19管多星体拖曳式焰弹催化系统可满足上述需求。该系统由多星体焰弹弹体、AgI焰剂、发射装置和电控装置构成。试验和初步应用证明,该系统工艺稳定、操作简便、发射成功率100%,催化剂成核率在-8℃时高达1015个/g,入云5 min内90%的核即可活化,携弹量760枚,可连续作业4 h以上,后向发射,作业方式灵活。与目前使用的龙B-2型焰弹催化系统相比,该系统是一种新型优越的催化系统。     

对流云点源催化剂扩散模拟系统及应用

基于对流云云中催化剂扩散理论建立了一个适用对流云的云中点源催化剂扩散模拟系统,介绍了该系统的设计思想和应用情况.讨论了催化剂扩散与扩散时间、风速、湍流系数、垂直速度等因素的关系,得到以下结论:对流云中催化剂的扩散速度较快,几分钟后就能扩散到一个相对稳定的范围;风速和湍流系数越大水平扩散范围越大;在垂直方向上催化剂扩散主要集中在爆炸层高度之上附近的地方.这些研究结果可为对流云的增雨作业方案的确定提供科学依据,同时对增雨效果的评估也有意义.     

“Lohse-WMI”机载AgI播撒器的工作原理及其应用

１前言当前人工增水播撒的主要催化剂之一是碘化银（ＡｇＩ）。碘化银（ＡｇＩ）催化剂主要以－５℃以下且有大量过冷却水的云层为催化对象。目前,以ＡｇＩ、ＫＩ、丙酮配方为主的催化剂成核率约为１０１２／ｇ左右,已成为我省人工增水催化作业中与干冰（固态ＣＯ２）并...     

飞机增雨催化剂水平输送与扩散速率的研究

研究了飞机增雨中催化剂的水平输送与扩散速率，为设计播云间距，估算影响区大小，位置，影响时间提供科学的定量依据。根据飞机人工增雨作业个例，利用层状云中催化剂输送扩散的三维时空变模式，对播云催化剂水平输送和扩散速率进行了模拟研究。结果表明，云中催化剂水平输送仅与风场有关，1h的平均值达到65km，催化剂扩散速率与风、温、湍流有关，1h平均为0.82m/s。     

秋季层状云中高值过冷水区的微物理特征

利用１１架次的机载“ＰＭＳ”资料,分析了山东秋季层状云中高值（大于０．１ｇ·ｍ~(－３)）过冷水区的微物理特征：最大过冷水含量为０．３６１ｇ·ｍ~(－３),８４．０％的过冷水含量在０．１～０．２ｇ·ｍ~(－３)间,过冷水连续出现的宽度８６．１％小于３．０ｋｍ。雪晶形状以霰粒和小雪粒为主。２阶(函数可以很好地拟合云滴尺度谱,质量谱适合用对数正态函数拟合。     

纳米碘化银在人工影响天气的应用研究III: 表征实验研究

针对新型纳米碘化银催化剂在人工影响天气中有较大的应用前景,采用粉末化学液相沉淀法在常温常压条件下制备了与冰晶具有相近结构的纳米碘化银(AgI)粉末,采用场发射透射电子显微镜和X射线衍射谱等对碘化银粒子的结构特性、尺寸分布和比表面积等进行了与成冰性能相关的实验表征.与目前用的常规碘化银进行了表征特征对比表明,该纳米碘化银粒子的晶格常数更接近于冰,尺寸在30～90 nm之间,具有较高的吸附能力和比表面积.     

Isolating and identifying atmospheric ice-nucleating aerosols: a new technique

Laboratory studies examined two key aspects of the performance of a continuous-flow diffusion chamber (CFD) instrument that detects ice nuclei (IN) concentrations in air samples: separating IN from non-IN, and collecting IN aerosols to determine chemical composition. In the first study, submicron AgI IN particles were mixed in a sample stream with submicron non-IN salt particles, and the sample stream was processed in the CFD at −19°C and 23% supersaturation with respect to ice. Examination of the residual particles from crystals nucleated in the CFD confirmed that only AgI particles served as IN in the mixed stream. The second study applied this technique to separate and analyze IN and non-IN particles in a natural air sample. Energy-dispersive X-ray analyses (EDS) of the elemental composition of selected particles from the IN and non-IN fractions in ambient air showed chemical differences: Si and Ca were present in both, but S, Fe and K were also detected in the non-IN fraction.     

碘化银地面发生器增雪水中Ag+与化学组分研究

为搞清实施人工影响天气后,所用碘化银催化剂是否对环境造成污染这一问题,利用2002年12月至2003年3月在北京尖子山,使用碘化银地面发生器在人工增雨雪试验中,对4次人工降雪过程所采集雪水样品进行了Ag 测定及其他化学组分分析。发现雪水中Ag 浓度在不同天气过程中变化明显,变化与催化剂数量间没有直接线性关系,所测的Ag 浓度远低于我国生活饮用水标准。雪水化学特征明显,雪水中阴离子浓度最高是SO42-、NO3-,阳离子Ca2 、NH4 浓度最高。与污染较重的雾水相比,雪水中的诸离子浓度远低于北京地区雾水所测值。     

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。     

Preliminary Results of the Ground-Based Orographic Snow Enhancement Experiment for the Easterly Cold Fog （Cloud） at Daegwallyeong during the 2006 Winter

The snow enhancement experiments, carried out by injecting AgI and water vapor into orographically enhanced clouds (fog), have been conducted to confirm Li and Pitter’s forced condensation process in a natural situation. Nine ground-based experiments have been conducted at Daegwallyeong in the Taebaek Mountains for the easterly foggy days from January–February 2006. We then obtained the optimized condi- tions for the Daegwallyeong region as follows: the small seeding rate (1.04 g min-1) of AgI for the easte...     

2014年春季华北两次降水过程的人工增雨催化数值模拟研究

在WRF中尺度模式中耦合了中国气象科学研究院发展的CAMS（Chinese Academy of Meteorological Sciences）云微物理方案,并在CAMS方案中增加了直接播撒冰晶（S1方案）和播撒碘化银催化剂（S2方案）两种云催化方案。利用此模式,对2014年我国华北干旱期间开展飞机增雨作业的两次降水过程（个例1:5月9～10日;个例2:5月10～11日）进行了云催化数值模拟研究,分析了催化对降水和云物理量场影响,对比了S1和S2方案催化效果的异同。结果表明,在云层适当部位播撒催化剂,两种催化方案均会达到增雨效果,催化会引起云中各水凝物的明显变化,并导致催化区域温度、垂直速度的变化。个例1中,S2方案的催化影响范围要大于S1方案,在播撒区下游地区,S2方案催化效果要强于S1方案;而个例2中两方案催化效果没有表现出显著差异。S1和S2方案的催化效果在不同个例中表现不同,其重要原因在于两种催化方案的催化机制差异以及云系动力条件、水汽条件的不同。通过采用适当的催化剂量,在其他催化设置条件相同的情况下,S1和S2方案可以取得相似的催化效果,但需注意由于二者催化机制的差异,在一些具体云系条件下,二者的催化效果会有一定差异。当实际人工增雨作业采用碘化银催化剂时,相应的催化模拟研究使用S2方案更为适合。     

THE STUDY OF HIGH EFFICIENT AgI PYROTECHNICS AND THEIR NUCLEATING PROPERTIES*

Two kinds of high efficient Agl pyrotechnics BR-88-5 and BR-91-Y have been developed.The tests in the cloud chamber show that the AgI ice nucleating effectiveness can reach up to 10¹⁵/g,and the BR-91-Y has even higher ice nucleating rate.Two kinds of foreign AgI pyrotechnics have been made according to the given formulations and also tested in the cloud chamber for comparison.X-ray diffraction analysis for the aerosols produced by burning BR-91-Y shows that AgI in acrosols still retains the hexagonal crystal form and the lattice parameters are smaller than those of pure AgI and other AgI composite nuclei,and closer to ice.Combining with the other tests,the reasons for the high efficiency of BR-91-Y have been discussed.     

一次人工增雨作业效果的中尺度数值模拟

本文根据AgI播撒影响机制,把AgI催化过程耦合到初始条件、边界条件更完善且有业务化能力的中尺度WRF模式中,并利用该模式对溧阳天目湖积云增雨过程进行中尺度催化数值模拟分析。实况资料及数值模拟分析结果表明,该模式成功地模拟了溧阳天目湖地区的对流云系,作业后催化云的强回波面积扩大,平均回波强度增加,地面降水量增加,且微物理过程分析表明,作业后催化云中高空冰晶、雪、霰冰相大粒子含量增加,相应地低空雨水含量增加,导致地面降水量增加。     

碘化银核化过程的数值模拟研究

根据DeMott等给出的不同成核机制下AgI成核效率的实验结果 ,通过数值模拟的方法 ,研究了AgI粒子在云室、层状云和对流云中的核化过程。通过对云室的模拟 ,发现云滴浓度和云雾持续时间是造成不同云室检测的AgI成核率相差悬殊的主要原因。数值试验结果表明AgI的成核方式在层状云和对流云中有很大不同 :层状云中AgI主要以接触冻结、浸没冻结等慢核化过程为主 ,而对流云中则以凝结冻结过程为主。     

含AgI人工冰核粒子的电镜分析

为深入认识当前人工影响天气作业中广泛使用的AgI焰剂的成冰特性, 利用电子显微镜对含AgI焰剂产生的人工冰核粒子尺度特征进行分析研究。利用环境场扫描电镜对焰剂颗粒的尺度分布和形态学特征进行研究, 利用场发射高分辨透射电镜纳米区域的X射线成分分析 (EDS) 对实验样品的颗粒结构特点和主要组成成分进行研究。实验结果表明:不同配方焰剂燃烧产生的颗粒谱分布特征有明显差异, 所取5种焰剂产生的颗粒平均谱分布, 其直径在0.02~0.50 μm之间的粒子数占98.96%, 即产生粒子绝大部分都可直接参加云内的成冰核化过程, 但其谱宽、峰值直径, 分布特征都不相同。透射电镜结果表明:焰剂颗粒的主要组成是KCl, 其表面附着AgI小颗粒, 该结构特征可能更有利于焰剂颗粒的成冰核化。利用中国气象科学研究院1 m3等温冷云室对AgI焰剂阈温对比实验表明:5种焰剂的成冰阈温在-3.5~-4.4 ℃范围内, 不同焰剂配方的阈温不同, 最大相差1 ℃。焰剂成冰核化速率主要由颗粒的大小 (均立方根直径) 决定, 同时受到谱宽、主峰位置等多种分布特征量影响, 改进配方时应综合考虑。同时, 由于高于-4.4 ℃时, 焰剂产生颗粒接触过冷水滴缺少活性, 即含AgI焰剂不适于云中较暖区的催化。