气溶胶对北京地区云和降水影响的模拟研究北大核心CSCDCSSCI

利用中尺度气象模式WRF中一个含有云凝结核CCN活化过程的双参数云微物理方案(NSSL 2-mom+ccn),研究不同气溶胶导致的初始CCN浓度对云物理和降水过程的影响。完整地模拟了北京市2015年7月16-17日一次典型的从小雨到暴雨连续降水过程,包括降水主要集中的时间段,雨带的西北—东南走向,降水初期普降小雨、后期转变为中到大雨甚至局部地区出现暴雨,24小时最大累积降水量可以达到65 mm,模拟结果与实测符合较好。模拟得到的区域平均累积降水量随着气溶胶的增加而减少,与其他研究根据地面降水与能见度资料统计分析的结论相一致。比较详细地给出了气溶胶对云的微物理结构、水成物时空分布以及微物理过程的转化率的影响。     

减弱对流云降水的AgI催化原理的数值模拟研究

在对流云模式中增加了AgI两个预报量,耦合了考虑受水汽过饱度和温度影响的4种核化机制的AgI催化模块,使其具备了对AgI类催化剂的模拟能力,能够研究AgI类催化剂对对流云系统的影响。利用该模式对一次华南对流云降水过程进行了AgI催化数值模拟试验,对人工减缓对流云降水的可能性及原理进行了研究。模拟结果表明,在适当的时机对适当的部位进行大剂量的催化,可以减少总降水量,也可以减少最大降水中心的雨强。当催化浓度达到2×10~8 kg~(-1)时,可以减少32%的降水量,具备有效减缓对流云降水的可能性。大剂量催化后,大量的AgI粒子在冷区核化后,消耗了大量的过冷水。催化后霰粒子的落速和雨水的落速减小。催化阶段由于霰融化成雨水减少而使降水减弱。催化结束后在霰融化成雨水增多的情况下,雨水的蒸发大幅增加,从而导致了降水量的持续减少。AgI在模拟的强对流云中主要以受过饱和度影响的凝结冻结和催化剂长时间作用的浸没冻结这两种方式成核。研究所用催化方法在外场作业中具有技术可行性。     

庐山云雾及降水的日、季节变化和宏微观物理特征观测研究

庐山云雾观测站2015年重新开始观测试验。利用2015年11月—2018年2月庐山云雾试验站观测的云物理资料和九江站的雷达资料,统计研究了庐山云雾及降水的日、季节变化和宏微观物理特征。结果表明,庐山强降水多发生在夏季,降水强度超过100 mm/h,而云雾天多发生在秋冬春季,最高云和雾天数达25 d/月,最低能见度仅20 m,东北风有利于水汽的冷却凝结。云雾辐射影响下的日最低温度出现在09时前后,即云雾消散前。利用雷达资料对降水分类,庐山秋冬季层状云、积层混合云和对流云降水分别占29%、44%和27%,春夏季的对流云和积层混合云降水分别占83%和17%。与城市降水和雾相比,庐山降水的中、小雨滴多,云雾滴谱的数浓度较低,双峰结构显著,且谱较宽。随着云内降水量级的增大,雨滴的数浓度和尺度不断增加,更易于启动碰并机制,使小于11 μm和大于30 μm云雾滴减少,导致11 μm的峰值更为显著。降雪期间的小云雾滴较为丰富,固态降水更容易通过凇附过程消耗大的过冷云滴。      

2008—2018年我国人工影响天气技术及应用进展

在抗旱、防雹、生态环境保护和重大活动气象保障等国家和地方重大需求的推动下,2008—2018年我国人工影响天气技术和应用得到快速发展。在气溶胶粒子、云（雾）物理垂直结构和降水形成机理等方面,开展了大量科学试验研究,取得了重要成果,建立了国家级人工影响天气实时业务数值预报模式,提高了对作业云特征和演变过程的预报能力,对作业方案的科学设计具有重要作用。在机载云粒子谱仪与成像仪、多通道微波辐射计、X波段偏振雷达、雨（雾）滴谱仪、先进火箭作业系统等核心关键技术装备的国产化研发方面也取得重要进展,研制成功国产机载云粒子测量系统、地基多通道微波辐射计和立体播撒火箭作业系统,并应用于业务,提高了作业条件监测识别和地基作业能力。建立了空中国王、新舟60等型号的先进飞机探测和作业平台,大幅度提高了作业飞行高度、续航时间和空中作业能力。在电离、飞秒激光、声波等人工增雨新技术领域开展了理论和实验探索研究,在飞秒激光诱导降雪机理实验和数值模拟等方面取得了重要进展。     

国际人工影响天气技术新进展

本文总结了近年来国际人工影响天气相关技术的新进展,概述了人工影响天气试验及效果综合评估、高性能遥感探测装备在人工影响天气领域的应用、催化模式及应用、作业装备研发改进等四个主要方面的进展及现状。在分析近年来我国人工影响天气相关技术进展与存在问题的基础上,结合国际新进展,从多个方面讨论并提出了促进我国人工影响天气技术进步可借鉴的经验与建议。     

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。     

新型AgI末端燃烧器及其在增雨作业中的应用

文章对我国新型AgI末端燃烧器的研制情况、结构和改造及其使用作了介绍,简述了这种新催化工具的特点,结合2002年12月至2004年9月,新型AgI末端燃烧器在河北、河南、青海、山东和北京飞机人工增雨探测作业试验,介绍了新型AgI末端燃烧器在3种增雨探测作业机型中的使用情况,并就其中遇到的问题进行了讨论,对如何结合探测作业飞机上所加载的GPS导航数据记录系统及其它辅助记录数据进行催化作业情况记录进行了说明。     

非静力平衡模式的中尺度非均匀初始场试验和锋面模拟

用非静力平衡二维中β－γ尺度大气模式,选取１９８７年欧洲的一次冷锋过程为个例,以法国的静力平衡模式的模拟结果为初始场,选用５ｋｍ,２５ｋｍ,４５ｋｍ３种水平格距进行了水平范围为２０００ｋｍ的模拟,结果表明：（１）中尺度非静力平衡模式应用非均匀初始场,而不加人为的初始扰动是可行的;（２）扰动量的初始场中π′的精度要求很高,应严格符合静力平衡条件,否则就会产生严重误差,甚至在一个时步内改变垂直速度;（３）５ｋｍ,２５ｋｍ,４５ｋｍ３种格距的对比模拟表明,５ｋｍ格距的非静力平衡模式能模拟出锋面上的多个中β尺度对流,且垂直速度场分布与实际最接近,而后两种格距只能模拟出锋面上的大范围上升区,不能细致地描述锋面对流结构。     

华南冷锋云系的人工引晶催化数值试验

在对华南2004年3月31日~4月1日的冷锋降水天气过程进行正确模拟的基础上, 通过向云中引入人工冰晶研究了催化效应, 结果表明: 催化使地面雨量在催化后30 min开始增加, 80 min时达到峰值, 120 min时减小到最小值。被催化的云团随着自然雨带逐渐向东南方向移动, 并且催化云影响其周围的云团, 造成了催化的下风方域外效应, 使催化效果可以延长到催化后10个小时, 随着自然云的消散而结束。人工冰晶的引入, 使得大量过冷雨滴快速转变为霰粒, 霰粒通过淞附云水和碰并雨滴过程增长, 使降水提前发展, 之后霰粒的融化使地面雨量增加。大量冻结潜热的释放, 使云中温度增加, 上升速度增强, 说明 “静力催化作用” 和 “动力催化作用” 是相互关联不可割裂的。在云体发展早期冷云降水过程还没有启动之前引入人工冰晶的催化效果优于云体发展接近成熟时的催化效果, 而只由催化剂量的不同造成的增雨差异较小。     

祁连山冬季降雪个例模拟分析(Ⅱ):人工催化试验

利用部分改进了的中尺度模式MM5V3对2006年2月7～8日甘肃北部地区一次冷云降雪过程进行了人工催化的数值试验,研究加入人工冰晶对祁连山北坡地区冷性层云降雪的影响.进行了不同剂量和不同高度的催化试验,详细分析了催化后的微物理过程和动力热力过程的变化.结果表明:累积降雪中心的上风方含有过冷云水的区域为催化潜力区.催化后累积降雪中心雪量增加,增雪区周围出现分散的减雪区.过冷云水最多并且最缺乏冰晶粒子的层次具有很好的催化条件.加人人工冰晶后消耗了水汽和过冷云水,冰晶和雪的量值均有所增加,雪碰并冰晶过程、冰品转化过程、凝华过程是雪增长的主要过程,相态变化引起的潜热增加导致升温和上升运动加强.这种变化同时使周围的垂直运动和水成物含量发生改变,周围的上升运动减弱,雪的含量减少,产生了减雪区.