降水性层状云的微物理特征及人工增雨催化条件的研究

根据２７架次粒子测量系统的探测资料，综合分析了影响山东春，秋季降水云系的微特征，计算了探测层以上云中积分含水量，并依据综合分析结果对山东春，秋季降水性层状云的人工引晶剂量进行了探讨。     

河南春季一次云降水过程的宏微观物理特征分析

云降水的宏微观物理特征的观测和研究,有助于建立典型的云降水多尺度结构模型,为确定科学的人工增雨催化方案提供重要依据。借助于雷达、卫星等多种遥感探测手段,结合飞机的云中观测,对2004年3月31日河南云降水观测外场试验区（31.5-35°N,111-114°E）的一次云降水过程实施了综合探测,综合分析了此次云降水过程的宏微观物理特征。此次云降水系统属于比较典型的低槽、冷锋活动所造成的一次小至中雨过程。根据GOES卫星云图和天气图可以看出,沿锋面云系的后部,有一槽线,它对试验区的降水起主要作用,地面冷锋位于云带的前沿。雷达PPI回波显示为一条窄而长的回波带,宽度较窄,强度不大;RHI显示回波高度不高,回波云顶高度平均在5-6km左右,除存在一些20-30dBz的回波团外,回波强度比较均匀,回波中存在明显的0℃层亮带。这次降水为锋上高积云（Ac）和其下部液水较为丰沛的层积云（Sc）结合而成,在Ac云的4340m（-4.8℃）和3670m（0℃）液态水含量出现高值,分别为0.072g/m^3和0.086g/m^3,在Sc云中的0℃附近液态水含量出现高值。降水形成前,云中粒子谱型主要为单峰型,粒子直径大部分在5-10μm之间变化,大粒子浓度很低,不到0.1个/cm^3,且呈不连续分布,随着云中微物理过程的发展和降水的形成,粒子谱型逐渐转为双峰或多峰型,粒子浓度明显增高,粒子直径逐渐增大。     

Microphysical Responses to Catalysis During a Stratocumulus Aircraft Seeding Experiment over the Sanjiangyuan Region of China

This study explores the microphysical responses to a cloud seeding operation in the Sanjiangyuan region, China. The cloud seeding was performed using a zigzag flight pattern, while the detection phase was accomplished using a back-and-forth flight pattern through the top of a stratocumulus layer. Global Position System（GPS） and Particle Measuring System（PMS） data obtained during the operation are used to determine the efective cloud area before and after the operation, diferentiate the phase states of cloud particles, and analyze changes in the concentrations of liquid cloud particles and ice crystals, the evolution of the cloud particle spectrum, and the content of supercooled water. The median diameter of liquid cloud particles in the area of the cloud-seeding operation was 3.5–18.5 μm, most cloud particles observed in the 21.5–45.5-μm size regime were ice crystals, while all particles of size 50 μm and above were in the ice phase. Changes in the concentration and typical diameter of cloud particles within 36 km downwind of the cloudseeding operation did not exceed natural fluctuations in the cloud area before the operation; however, the concentration of liquid cloud particles decreased substantially in areas with high concentrations of supercooled water（concentrations of supercooled water exceeding 0.01 g m 3）. The concentration of ice crystals within the measuring range of the Forward Scattering Spectrometer Probe（FSSP） increased substantially, the water content of ice-phase particles increased, and the average supercooled water content in the cloud decreased from（68.3± 23.1）% before the operation to（34.2± 12.4）%. The efects of cloud seeding were more pronounced in parts of the cloud where the content of supercooled water was higher. Little to no efects were observed in parts of the cloud with low concentrations of supercooled water.     

切变线降水系统微物理特征及隆水机制个例分析

利用机载云粒子探测系统(PMS).对2004年7月1日影响吉林省的一次切变线降水过程进行了探测飞行,利用所获取的宏微观资料对此次降水过程的微物理结构、降水机制进行综合分析.结果表明:此次切变线降水云系主要由高层云、雨层云、碎云构成,高层云和雨层云中间夹有1100m左右的无云区;3类云中平均云滴浓度、平均云滴直径各不相同;云水含量随高度分布不均匀,云的不同部位云水含量起伏较大;冰晶浓度平均为17.3个/L;此次探测的降水云系符合Bergeron提出的催化云一供水云相互作用导致降水的概念.根据云图及其他探测资料综合分析,冰晶主要产生于高层云上部或卷层云的冰晶播撒,供水云为高层云中下部和雨层云.     

河北气溶胶浓度垂直分布特性研究

为了研究气溶胶粒子浓度垂直分布及其与温度廓线及云水的关系,选取河北地区2013—2014年的9次气溶胶飞机探测资料(高度大于4000 m)进行分析,用指数函数a×exp(b×x)对气溶胶粒子浓度的垂直分布进行拟合、分类,对于出现强逆温的情况将气溶胶粒子浓度与温度廓线作相关性分析。结果表明:当气溶胶本底浓度较低时,云的出现对气溶胶的垂直分布影响较小;当气溶胶本底浓度较高时,气溶胶垂直分布的极大值并未出现在云底,而是存在于距离云底下方1000—1500 m高度处。逆温层对气溶胶粒子浓度的垂直分布有重要作用,粒子在逆温层下累积,出现浓度的极大值。在逆温强度较弱的情况下,数浓度最大值一般出现在近地面附近,但若受到强的平流作用,在该平流层高度处的气溶胶粒子浓度可能会出现超过近地面气溶胶粒子浓度的情况。气溶胶浓度的垂直分布可以分为缓慢递减型、快速递减型、温度相关型三种类型。在出现强逆温的情况下,气溶胶浓度的垂直分布为温度相关型,可以直接通过大气温度廓线和气溶胶本底浓度判断气溶胶浓度的分布。     

2009年石家庄地区大气气溶胶的飞机探测研究

利用2009年石家庄地区不同季节的3次机载粒子探测系统PMS(Particle Measurement System)的探测资料,结合地面天气形势、风场和探空资料对石家庄地区,晴空背景下大气气溶胶的统计特征、数浓度、平均粒径的垂直分布特征以及谱分布特征进行了分析。结果表明:晴天条件下气溶胶的数浓度随高度递减,粒径随高度变化不大;在数值上,4月16日气溶胶数浓度和粒径最大,其次是10月15日,最小的是6月10日,3次粒径变化幅度都不大;逆温层底层气溶胶明显积累,气溶胶浓度在1.5 km以下大气边界层内明显高于其他层次,逆温层的高度和厚度影响气溶胶的分布;3次不同季节晴天背景下石家庄地区气溶胶谱型基本一致呈单峰分布,小于0.3μm的细粒子对气溶胶的数浓度贡献最大。     

一次多层云系云物理垂直结构探测研究

利用飞机PMS探测数据、雷达回波资料和FY-2卫星云图,分析了2009年6月四川盆地上空一次未形成地面降水的多层云系。结果表明,云系为Cs-As2-As1-Sc2-Sc1结构,夹有干层。云系中暖层厚,过冷层很薄。液态含水量随高度分布很不均匀,出现多个峰值。云系中液态含水量主要由小云粒子浓度决定,并且存在大量的小云滴、一...     

飞机增雨作业物理检验方法探究及个例分析

人工增雨效果的物理检验为评估人工影响天气的效果提供物理依据,因此越来越受到关注,文章根据2009年5月1日在河北张家口的一次积层混合云降水过程的飞机人工增雨作业探测资料,尝试了从不同高度上寻找对比区,来进行作业效果的物理检验。结果表明：利用反证法思路,发现温度在-10℃时,FSSP 100ER量程1（测量范围为2~47 μm）测量的云粒子中并不全是液相的,也有一定量冰相云粒子存在;而且不同高度粒子浓度急速增大的时刻与冰相云粒子陡增的时刻是趋于一致的,观测的实际结果基本符合冷云催化原理;降雨区域面积是扩大的,某种程度上讲,作业收到了一定的效果。     

三江源地区秋季一次层积云飞机人工增雨催化试验的微物理响应

利用三江源地区一次在层积云顶部进行的飞机锯齿形催化作业及回穿探测的全球卫星定位系统(GPS)轨迹和机载云粒子测量系统(PMS)资料,在确定作业前后有效对比区间、区分云粒子相态的基础上,通过分析作业前、后液态云粒子及冰晶浓度变化、云粒子谱的演变和过冷水含量比率的变化,研究了催化的微物理响应。结果表明,作业区液态云粒子中值直径集中在3.5—18.5 μm,直径21.5—45.5 μm的云粒子基本上为冰晶,粒径大于50 μm的粒子相态为冰相;锯齿形作业后约2—23 min,在其航线下风方36 km范围内,前向散射粒子谱探头(FSSP-100)和二维灰度云粒子探头(OAP-2D-GA2,简称2DC)所测云粒子浓度、直径变化均未超出作业前云区内的自然起伏,但在过冷水含量大于0.01 g/m³的高过冷水区,液态云粒子浓度明显降低,前向散射粒子谱探头量程内的冰晶粒子浓度明显升高,冰相含水量增大,过冷水含量比率的平均值由作业前的 (68.3±23.1)% 减小至(34.2±12.4)% 。在过冷水含量越高的区域,催化效应越明显,而在低过冷水区和仅受原点催化影响的航迹交叉点处均未观测到催化响应。     

河北省降水性层状云宏微观物理特征

利用2009年河北省春秋季17架次飞机宏观观测资料和相应的机载PMS云微物理探测数据,经过回放处理、筛选和计算,统计分析近年河北省降水性层状云物理特征。结果表明：河北省降水性层状云是以Ns、Sc、As为主的多层云系,且多伴随有干层结构。云底平均高度、过冷层厚度、0℃层高度分别为2002、1106 m和3811 m。微物理方面,云滴数浓度平均为54.6 cm^-3,平均直径为8.64 μm。云粒子浓度和尺度均比20世纪90年代各特征值有所减少。统计计算的降水性层状云中液态水含量为0.13 g·m^-3,远大于20世纪90年代的值。