积云暖雨过程及其盐粉催化的参数化数值模拟

我国南方夏季浓积云和积雨云前期的自然成雨过程中,暖雨过程(没有冰相参与的凝结、碰并过程)起着主要的作用。多年来我们进行的盐粉催化积云的人工降雨试验,其作用原理也在于影响积云的暖雨过程。在数值模拟中必须对暖雨过程提出比较切合实际的可用的数值模式。     

积云并合降水数值模拟

用积云二维时变模式模拟长沙夏秋季积云并合过程，结果表明：系统性天气积云从生，常产生自然并合，降水量很大；有些可播度大于零的天，积云散在发生，几天自然并合，降水量少，若在附近有一扰动产生积云，并合将使其发展强盛，降水量增加；可播度为零的天气，即使积云相距很近也不合并，而是先后消散，无作业价值。     

福建古田积云降水及其人工催化的数值模拟

本文用一维半时变积云模式模拟了福建古田水库地区积云的自然降水及人工催化对积云降水和地面雨滴谱的影响。计算结果表明:通过播撤,云上部冰晶增加。120分钟后,地面总降水量比自然云增加了0.5毫米,相对增雨量7.1%。文中还讨论了增雨机制,对AgI的播撒剂量作了一些数值试验,并与本区实测的雨滴谱、雨强等进行了比较。     

对流云盐粉催化的数值模拟研究

利用三维对流云盐粉催化模式对一次对流云降水进行了盐粉催化模拟试验。模式中考虑了盐粉与云雨滴和冰相粒子间的相互作用。模拟结果显示,当采用20μm粒径的盐粉进行单次催化时,催化效果较好,地面总雨量可增加20%,催化次数的增多会导致降水的减少。霰融化成雨是雨滴增长的主要机制,霰碰并过冷云水是霰增长的主要机制,催化后霰融化成雨和霰碰并过冷云水的速率均有提高。催化会引起水成物云滴、冰晶、霰和雨滴的比质量变化。霰和云滴的粒径也在催化后出现了明显的增大。催化后短时间内动力过程出现了变化。     

积云数值模拟人工催化作业条件

本文应用一维定常积云载水绝热模式模拟计算了403个算例,得出盛夏积云的基本特征,确定盛夏积云是人工催化作业的主要对象.结合湖北省飞机、高炮人工降雨实际,用一维时变积云微物理过程双参数化模式模拟计算了作业日的自然云和催化云的变化,通过对比分析得出盛夏垂直发展旺盛的暖底(≥20℃)积云既具有暖云催化条件,又具有冷云催化条件.     

盐粉催化不同生命史的浓积云的数值模拟

用改进的一维时变参数化模式计算了浓积云自然发展和盐粉催化过程.在不同的地面温度条件下积云的动力过程和自然雨量有显著差异,其催化效果也不同.一般的自然降水浓积云,其动力过程演变较快,雨量较小,催化增雨量则较大,可达50％以上.动力过程长期维持的自然降水云,雨量较大,而催化增雨量较小,个别情况下催化后雨量稍减.自然不降水的浓积云催化后可能产生降水.它们的动力过程越稳定,催化后的雨量越大.文中还讨论了增雨机制,对盐粉的最佳粒度、剂量、播撒时机和部位也作了一些数值试验.     

暖底积云自然降水过程和 人工催化个例数值模拟

利用一维积雨云双参数模式模拟福建省的暖底积云自然降水过程和催化过程。模拟结果表明:暖云催化影响了降水的演变过程,不仅使总降水量增加,而且改变了降水的分布,使降水提前出现。冷云催化对降水过程没有发生明显的影响。对催化云和自然云云水和雨水含量的模拟表明:暖云催化使云中碰并过程提前出现,导致催化云中云水含量明显少于自然云中的云水含量:催化云雨水含量先是明显大于自然云中的雨水含量,随后明显小于自然云中的雨水含量。     

南方暴雨区内积云降水微物理过程的数值模拟

本文在给定云内上升气流速度和温度垂直分布的情况下,通过数值模拟计算了南方暴雨区内降水性积云微结构的变化情况,并讨论了云内上升气流速度、低空水汽条件以及高空冰晶数密度对降水的影响。结果表明,上升气流速度和低空水汽条件对积云降水的影响是比较明显的。      

数值模拟积云的发展过程

本文利用胡志晋教授提出的一维时变积云数值模式，输入实际探空资料，地湛江1998年7月15日的一次积云雹过程进行了模拟计算，预报了各种水粒子的比质量和比浓度的变化。     

三维积云数值模拟的进展

一、三维积云数值模拟的提出积云数值模拟是用流体动力学方程和热力学方程组以及描写云物理过程的方程组,用电子计算机,通过计算云中各物理参数的空间分布和时间变化来说明云体发展的一种方法,它的发展已有20余年历史。一维云模式可以详细了解云的垂直结构,在探讨云物理因子的相互关系和各因子的相对重要性时,它具有计算简单的优点,但是它不能反映水平方向的分布特征以及环境对云内物理量的作用,只能以参数化形式考虑云外空气夹卷入云的机制。周晓平首先用二维模式计算了积云的发展,十几年来,在了解云中微物理和宏观气流的二维图象方面有了很大进展,对各种动力因子在形成云方面的作用,也作了对比模拟,已经得到了比较完善的结果。但是二维模式只能反映平面图象和轴对称的气流模型,然而六十年代中期以来,雷达气象已经揭示出强对流风暴云体内实际上存在三维气流结     

Mesoscale numerical simulation study of warm fog dissipation by salt particles seeding

Based on the dynamic framework of WRF and Morrison 2-moment explicit cloud scheme, a salt-seeding scheme was developed and used to simulate the dissipation of a warm fog event during 6–7 November 2009 in the Beijing and Tianjin area. The seeding effect and its physical mechanism were studied. The results indicate that when seeding fog with salt particles sized 80 μm and at a quantity of 6 gm~(-2) at the fog top, the seeding effect near the ground surface layer is negative in the beginning period, and then a positive seeding effect begins to appear at 18 min, with the best effect appearing at 21 min after seeding operation. The positive effect can last about 35 min. The microphysical mechanism of the warm fog dissipation is because of the evaporation due to the water vapor condensation on the salt particles and coalescence with salt particles.The process of fog water coalescence with salt particles contributed mostly to this warm fog dissipation. Furthermore, two series of sensitivity experiments were performed to study the seeding effect under different seeding amounts and salt particles sizes. The results show that seeding fog with salt particles sized of 80 μm can have the best seeding effect, and the seeding effect is negative when the salt particle size is less than 10 μm. For salt particles sized 80 μm, the best seeding effect, with corresponding visibility of 380 m, can be achieved when the seeding amount is 30 g m~(-2).     

风切变对积云发展影响的数值模拟研究

本文采用二维暖积云模式研究了风切变对积云发展和降水大小的影响。计算结果表阴:一般有风切变情况下积云的发展和降水量都明显减弱。这是由于水平气流的作用促进了云内外水汽和热量交换,减弱了积云发展的条件。计算还表明:在多种不同风速廓线和大气层结下风切变对云和降水发展均不利。 我们发现当云移行前方有高湿区时,在中等的风切变下可能有利于积云发展和降水形成。这是由于在水汽场和风场的配置下,云中得到充沛的水汽补充,促进了云和降水的发展,总降水量可增加2—3倍。     

三江源地区对流云吸湿性催化的数值模拟

采用二维分档对流云模式,模拟研究了不同的云凝结核(CCN)背景下三江源地区对流云及其降水的发展,以及吸湿剂的催化效果。结果表明:该地区对流云以冰相过程为主,霰粒子在降水发展过程中具有支配性的作用;初始CCN数浓度增加使降水延迟、降水量减少;催化效果在初始CCN数浓度较高的环境下更好;在云发展的早期,于云底上升气流区播撒吸湿剂,能够获得较好的降水增加效果;对催化结果起决定作用的是粗粒子,小粒子对催化起到负作用。这些结果表明,在合理的催化方案下对该地区作吸湿性催化能得到较为理想的增雨效果。     

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。     

Numerical study of the cloud seeding effects

The microphysical model with the bulk water parameterization is applied to simulated both contact and deposition nucleation as well as the imersion freezing for unseeded cases and the cases immediately after seeding performed for the cold continental Cb clouds with small cloud droplets. The injection of agent AgI is performed in temperature region between –8°C and –12°C. The four groups of sensitivity experiments are executed.

Simulation of rocket seeding of convective clouds with coarse-dispersion hygroscopic aerosol. 2. Condensation and coagulation in a cloud seeded with hygroscopic particles

A set of equations is developed to describe changes in cloud dispersity due to condensation and gravitational coagulation in the area of the salt particle diffusion in hygroscopic seeding of convective clouds with antihail rockets. Competition for moisture between the natural cloud droplets, entrained in the area from outside by turbulent diffusion, and artificial NaCl particles is taken into account. Optimum versions of hygroscopic seeding aimed at precipitation enhancement are discussed.     

大陆性浓积云云滴谱离散度影响因子的飞机观测研究

利用2020年7月30日山西省人工增雨防雷技术中心在山西省忻州地区开展的大陆性浓积云飞机探测资料,分析了积云微物理参量、云滴谱离散度随时间和高度的变化以及云滴谱离散度的影响因子。结果表明,该大陆性浓积云云滴谱离散度随高度的增加先递增后递减,但变化范围较小。云滴谱离散度随数浓度、含水量增大而逐渐收敛,呈弱正相关关系;离散度与体积平均半径的相关性随体积平均半径的增大由正转负,与垂直速度呈现正相关关系。云中碰并过程对云滴谱离散度及其影响因子影响较大,建议未来云滴谱离散度的参数化增加对碰并过程的考虑。     

Simulation of rocket seeding of convective clouds with coarse-dispersion hygroscopic aerosol. 1. Condensational growth of the cloud droplets at the salt crystals

Patterns of propagation of aerosol particles generated in the hygroscopic seeding of convective clouds from antihail rockets is studied. Effects of the salt particle dispersity on condensational growth rate of separate cloud droplets on these particles are studied; analytical formulas are obtained as describing change of radius of the NaCl crystal and of the cloud droplet which grows on the crystal till the moment of full dissolving of the crystal in the droplet. Numerical computations are used for comparative analysis of the salt effect on intensification of condensational growth of the droplets in the cloud.