起伏场的相关时间对水滴随机长大的作用

本文讨论了云滴起伏增长中相关时间的作用。结果表明,起伏场的这个特征量是一个很重要的因素。 对湍流加速场的相关时间进行了研究。指出这个场的相关时间很短,不能在直接形成雨滴的过程中有重要贡献。 对含水量起伏场的研究初步表明,它可以在形成30—50微米大云滴的过程中有重要贡献。比以往均匀长大理论要快半小时以上。     

水滴重力碰并增长近似公式的研究

一、引言在降水机制或滴谱形成理论的研究中,无论是积状云还是层状云;无论在均匀条件下或是起伏环境中,都不可避免地要涉及到水滴重力碰并增长问题。在许多理论研究和模拟实验中,考虑水滴重力碰并增长过程,都要用水滴增长到某种大小所需的时间。但由于水滴下落末速度与其直径间的解析关系至今不明确,因而,在重力碰并下,水滴增长到某种尺度所需的时间也不能用解析式表达。这给降水机制,滴谱理论等的深入研究造成一定的困难。例如,在起伏条件下,经     

起伏条件下云雾的重力碰并生长

云雾中的气象要素和云雾物理量经常有着起伏,因此研究重力碰并在这种起伏条件下如何使云滴生长,从而形成滴谱,是很必要的。本文对云中小水滴浓度(或含水量)有起伏时的云雾滴生长进行了计算,得到了云滴的一种理论分布。由此可以看出,在起伏条件下,云滴生长是比较快的。在比较短的时间和比较薄的云中有可能形成相当大的云滴,即半径50μ乃至100μ以上的云滴。因此在均匀条件下,凝结生长和重力碰并增长中的所谓“生长障碍”区(云滴半径在20—30μ左右)也就不存在。     

小尺度起伏条件下云滴连续增长的马尔科夫过程和它在积雨云发展中的作用

暖云降水起伏理论说明了云雾降水微物理的一些本质问题。这方面的一些结果(例如文献[1]—[3])与一些观测事实比较接近。在文献[4]里曾说明了云中的某些起伏场相关时间可能比较短,水滴的随机增长过程要用马尔科夫过程来处理。这里有一类不连续地增长过程。而对于连续的增长过程里,周秀骥也曾指出,可应用Колмогоров第二扩散方程处理。本文将在半径的某种函数z(R)空间上建立起这种方程,并求出其相     

湍流对云滴谱增长的作用(摘译)

一、引言云中总有一定程度的湍流存在,然而究竟多大强度的湍流扰动对降水形成的微物理过程有影响,目前尚不清楚.研究湍流对处在发展初期的积云中碰并过程的作用是特别有趣的,有研究证实,湍流增强,则微滴增长.又有人认为,在海洋上弱的湍流可以引起云滴谱的明显展宽.其结果是,对于起伏的湍流速度场,不同尺度的云滴对应不同的     

云滴谱湍流拓宽和暖雨形成过程:综述（英文）

研究目的:介绍暖云降水之谜,总结湍流起伏和夹卷对云滴谱拓宽和暖雨形成过程的影响,包括观测、实验、模拟和理论方面取得的成果。重点阐述我国上世纪五六十年代在湍流起伏方面的突出成绩。重要结论:过饱和度、云滴数浓度、含水量和垂直速度等的起伏对凝结和碰并过程有显著影响。中国和俄罗斯科学家最早把随机凝结过程引入到云物理研究中。夹卷过程可能是暖云降水之谜的一个解。系统理论表明:湍流强度越大,云滴谱越宽。     

马尔柯夫型起伏凝结过程与一次不连续碰并过程在填平对流暖云大云滴增长速度谷中的作用

对于Mason,Pruppacher等人指出的对流暖云大云滴增长速度谷,本文从马尔柯夫型起伏凝结过程的作用,以及它和一次不连续碰并过程在分段模型下的作用观点出发,进行了一次初步的分析。计算表明,这些过程都是填平大云滴生长沟中的有效的机制。     

暖云降水微观物理机制的統計理論

本文主要对暖云降水微观物理机制作了初步的实驗与理論分析,提出了云滴增长的随机过程理論以及暖云降水微观机制模式,結果表明,由于湍流所引起的起伏現象以及湍流碰并对降水的形成有极为重要的作用。     

起伏条件下重力碰并造成的暖性薄云降水

本文中考虑了云中垂直气流的湍流起伏,来計算云滴的碰并增长.发現在这种上升气流有起伏的环境下,同样大小的云滴在云中可以长成不同大小的較大云滴,包括降水胚滴和降水微元(雨滴),从而对暖性薄云如何形成降水給出一个此較合理的解释。     

雨滴下落过程谱分布演变的数值模拟

利用一维雨滴分档模式,以飞机观测的空中雨滴谱和边界层气象要素廓线作为模式的初始背景场,模拟了雨滴在出云后下落过程中谱分布的演变。结果表明,一维雨滴分档模式能较好地模拟雨滴在下落过程中的蒸发、碰并和破碎过程;模拟的滴谱呈多峰分布。蒸发作用使得雨滴的直径变小,对小雨滴的消耗较大雨滴更为明显,并能增大中等大小雨滴的数浓度,但在整体上并不会改变雨滴的谱型。碰并和破碎机制可以使得雨滴谱呈现多峰分布,并增大了滴谱的谱型变化。     

不同云方案对祁连山降水模拟的影响

应用MM5中尺度模式,选用4种不同云微物理方案(Dudhia简单冰相方案、Reisner混合相方案、Reisner2霰方案和Schultz微物理方案),对2002年7月12-13日祁连山区降水过程进行了数值模拟试验。模拟结果的对比分析表明,不同云微物理方案在祁连山区降水的模拟中对降水落区的模拟均偏南;除Reisner2霰方案外,其他3种方案对降水中心落点的模拟影响不大,降水中心强度对云微物理方案不敏感;显式降水和参数化降水对云微物理方案有不同程度的依赖性;云微物理过程通过影响动力条件发生发展的时间和强度,来影响强降水发生的时间和强度。通过各云微物理参数的分析发现,各物理过程中微物理参数参与降水的过程不同:对Dudhia简单冰相方案来说,雨水和云水是形成降水的主要过程;Reisner混合相方案中降水的形成主要是由于雨水、云水、雪和霰的碰并过程,冰晶的碰并相对较弱;在Reisner2霰方案中,雨水、云水、冰晶、雪和霰均参与碰并碰冻过程;Schultz微物理方案中冰晶、雪和霰的碰并过程更为重要。     

积云中云滴谱形成的数值模拟研究(二)——各种碰并过程、大气层结等的作用

本文利用已建立的一维非定常积云数值模式,分别研究了各种碰并过程、大气层结条件和吸湿性盐核的化学成分对积云中云滴谱形成的影响.计算结果表明,在各种碰并过程对积云发展前期云滴谱展宽的作用中,以重力碰并过程的作用最为显著,小尺度湍流的碰并过程则起到很重要的促进作用,它可以加速大云滴的增长,而电碰并过程的作用并不大.大气层结条件对积云中云滴谱的形成影响较大,而吸湿性盐核的化学成分对积云的宏观特征和微观特征都影响不大.     

海峡西岸一次雾过程微结构及其起伏特征研究

2013年春季在福建省厦门市开展了海雾综合观测,选取了4月17日一次海雾期间的能见度、常规气象要素和雾滴谱资料,分析了沿岸海雾发生时的天气系统和微结构特征,并讨论了气象要素的起伏对雾发展、持续、消散及其微结构起伏的影响。海雾间歇阶段和消散阶段均有风速风向的突变;含水量、数浓度、平均直径和最大直径在不同阶段均有明显的差异,即使在同一阶段也不断波动;海雾爆发性增强过程中雾滴谱出现爆发性拓宽,平均直径、数密度和含水量骤然增大,宏观的气象条件也发生了明显变化;海雾不同阶段由于湍流、辐射以及气象条件的差异,雾滴空间分布的不连续,雾滴核化、凝结、碰并和蒸发作用,微结构的起伏较大。      

气溶胶浓度对暖云不同生长阶段物理特征影响的模拟研究

基于云微物理过程完善的TAU2D分档云模式,模拟研究了用热泡扰动生成的暖云在不同气溶胶数浓度(Na)背景条件下各演变阶段云微物理量的变化特征。结果表明：在暖云的发展过程中Na越高,云滴尺度变小,云滴间的碰并增长发动较晚,云滴谱因碰并增长而实现的滴谱拓宽变弱,云滴谱相对较窄,云滴谱标准差较小,因此云体发展越缓慢,云体生命周期越长,形成降水就越晚;反之,云滴尺度越大,碰并增长发动越早,云滴谱拓宽更明显,云滴谱标准差越大,云体生命周期相对更短,降水开始时刻越早。高Na背景下,碰并阶段云滴谱较凝结阶段更宽,沉降阶段因云体下沉蒸发导致小尺度云滴减少,使其滴谱较碰并阶段略有拓宽。在凝结阶段,低气溶胶背景下云滴数浓度(N)和离散度(ε)间呈现正相关关系,而高气溶胶背景下两者为负相关关系。在碰并阶段,N与ε的相关性关系为负相关,且随着气溶胶数浓度的增加,负相关程度降低。在沉降阶段,N和ε间为负相关关系。     

一次强单体雹暴结构和成雹机制的数值模拟研究

利用NCEP再分析资料、L-波段雷达探空资料,分析了2010年6月15日发生在大连地区的强雹暴过程的环流形势和垂直气流结构;并利用中国科学院大气物理研究所的完全弹性三维雹云数值模式,模拟了该过程的雷达回波结构特征、含水量场等宏微观物理量的分布及其演变,着重分析了冰雹云的成雹机制。结果表明,模式较成功地模拟出了雹云回波的强度和发展高度,并模拟出了回波墙、弱回波区及悬垂回波等一系列强冰雹云的回波结构特征。该雹云的冰雹主要由冻滴转化形成,冰雹的增大主要依赖于与云滴、雨滴的撞冻过程,即冰雹主要是通过撞冻过冷水长大;冰雹与霰粒和雪花的碰并过程比较强,而与冰晶的碰并增长量很小。     

基于LAPS资料的一次冰雹过程数值催化模拟研究

基于3维冰雹云模式,采用局地分析预报系统高时空分辨率分析场作为初始场,对鄂西北地区2009年4月15日发生的一次降雹天气过程进行数值模拟,分析了强对流发展过程的流场、雷达回波、水成物粒子演变特征以及催化机制。研究表明:基于高时空分辨率资料的3维冰雹云模式,能够较好地模拟冰雹云的形成发展演变及人工催化后微物理过程响应。模式输出的雷达回波强度及回波顶高与雷达实测资料相近,最大反射率因子分别为70 dBz、65 dBz,强回波中心基本上位于6~7 km处。冰雹云发展过程中呈现典型的低层辐合、高层辐散特征,消亡过程流场相反;冰雹胚胎形成主要源于冻滴自动转化,碰并云水和雨水促进冰雹增长;不同时间、不同剂量的催化对于防雹效果差异显著,催化时间越早,催化剂量越大,效果越好。     

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。     

对熵原理得出的理论云滴谱方程的验证

一、问题的提出云滴谱分析是云物理学和人工降水研究的重要内容之一。过去较多地研究由碰并或破碎过程造成的云滴谱变化,而缺少对没有发生碰并前的云滴初始谱的理论研究。张学文同志首先把熵增加原理应用于碰并前的云滴谱研究中,推导出一个具有     

一次典型积层混合云降水过程雨滴谱特征

利用激光雨滴谱仪观测到的资料,对2009年8月29日山东省一次典型积层混合云降水过程中雨滴谱特征进行了分析。结果表明:降水强度主要取决于最大雨滴直径,与雨滴浓度也呈正相关性,而与平均直径的关系甚微;本次降水过程中雨滴平均谱以双峰和多峰结构为主,在0.5mm左右处存在峰值;Г分布各拟合参数随时间起伏变化趋势一致,强降水时段中各拟合参数起伏变化缓慢,各值基本保持在同一水平;建立了雷达回波强度与降水强度之间的相关关系。     

高原地区冰雹云数值模拟研究——冰相微物理过程的作用

本利用献发展的三维冰雹云模式模拟研究了1999年7月11日出现在青海省西宁的一次冰雹过程，分析了该冰雹云在不同发展阶段上的宏观特征，讨论了在冰雹云的发展过程中各种冰相微物理过程的作用，并且与实际雷达资料进行了比较。模拟结果表明：过冷雨滴的碰冻、霰对云、雨滴的碰并收集是霰的主要产生源。冰晶的主要产生源是结凇增长(Bergemn过程)。冰相物质的汇主要是0℃层以下的融化过程。冰相微物理过程增加了云中相变潜热，引起云中上升运动加强，云生命史延长，地面降水出现时间提前，降水量和雨强最大峰值加大，并提高了降水效率。