环境风场影响冷锋云系人工催化效果的数值研究

本文在对１９８９年９月２３日至２４日一次典型北方冷锋降水过程成功模拟的基础上，考究了环境风场对人工引晶催化后降水增量分布的影响，人工增雨量基本位于催化区下风方３００ｋｍ处，最大增雨量只有自然降水的５－１０％。     

一次冷锋降水云系结构和人工增雨条件模拟分析

利用中尺度模式ARPS对2013年10月13—14日华北南部到河南一次冷锋降水过程的数值模拟结果和卫星、雷达、飞机等观测资料,分析了冷锋云系不同部位宏微观结构和多种增雨潜力要素分布特征,初步探讨了冷锋云系增雨潜力区判别方法及分布特征。结果表明:此次降水过程冷锋云系结构具有不均匀性,云中含水量及其变化梯度自云系前部到后部逐步减小。冷锋云系不同位置垂直结构特征不同,云系前部自云底到云顶为整层上升气流区,云中存在典型的"催化-供给"结构,动力辐合和水汽条件较好,对应区域地面出现较大降水。云系后部上升气流区集中在中高层,4.0 km以下为下沉气流,云中冰相粒子丰富,但中低层液态水含量少,"催化-供给"结构不明显,动力辐合和低空水汽条件差,对应区域地面降水微弱或不产生降水。利用模式模拟结果逐步判别云系增雨潜力条件,结果显示:增雨潜力区主要位于冷锋云系前部、地面冷锋与700 hPa切变线之间约150 km宽的狭长带状区域,云体是具有"催化-供给"结构的冷暖混合云,可催化层高度为3.5—7.0 km。     

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。     

广西前汛期冷锋云系中尺度对流云团卫星云图特征分析

通过对1994～2002年间9次由冷锋云系中尺度对流云团分析,发现广西前汛期冷锋云系中尺度对流云团的源地主要是黔西南和黔中;移动方向是东或东南;当环境云场强度指数≥28有利对流云团的发展,≤26时不利对流云团的发展;初步研究了中尺度对流云团生命史不同阶段的卫星云图形态特征,给出了中尺度对流云团降水的时空分布特征。     

低槽,冷锋与许昌夏季降水

通过对１９８２￣１９９１年１０年夏季（６￣８月）许昌市由高空低槽和地面冷锋相配合影响而产生的５７次中雨以上降雨过程的天气图、卫星云图的对比分析，总结了此形势下产生降雨的天气形势和卫星云图云系特征，指出了该形势降雨的特点及产生较大降水的条件和产生大￣暴雨的一些预报着眼点及指标，为夏季此类降水的预报提供了一些依据。     

辽宁人工增雨示范区降水云系与降水量分析

统计分析了1980～1999年辽宁人工增雨示范区内5～10月各类降水云系产生不同强度降水的降水次数和降水量特征。结果表明:降水时长与其相对应的降水次数呈反比关系,降水时长越长,其相应的降水次数越少;而降水时长与其降水量的分布则呈不规则的波动;降水时长为2～8 h的降水量对总雨量的贡献为66%,是实施人工增雨作业的最佳时段。     

漯河市降水量与降水云系的关系

采用1956-2006年漯河市观测站资料，运用一元回归分析漯河市降水的气候变化特征，讨论了3类降水云系与降水量的关系，为科学实施人工增雨（雪）作业和提高天气预报水平提供参考。     

漯河市降水量与降水云系的关系

采用1956-2006年漯河市观测站资料,运用一元回归分析漯河市降水的气候变化特征,讨论了3类降水云系与降水量的关系,为科学实施人工增雨(雪)作业和提高天气预报水平提供参考。     

飞机人工增雨催化作业云系结构特征分析

利用ＧＭＳ－５卫星云图资料，配合雷达，探空、Ｍ－ＬＤＡＲＳ闪电定位探测系统观测资料及常规天气资料，对１９９７年３月１３日飞机人工增雨催化作业云的宏观结构特征及其演变规律作了综合分析。结果表明，卫星云图上逼点云系的主要降水云是以片絮状回波结构为主的层状云降水区，云内含水量充沛，适合于飞机人工增雨作业。在云系东侧边及尾部，不断生成有中尺度对流回波系统，不仅造成了局地较强降水，而且产生了雷暴天气。     

广西前汛期冷锋云系中尺度对流云团卫星云图特征分析

通过对1994—2002年间9次由冷锋云系中尺度对流云团分析，发现广西前汛期冷锋云系中尺度对流云团的源地主要是黔西南和黔中}移动方向是东或东南；当环境云场强度指数≥28有利对流云团的发展，≤26时不利对流云团的发展；初步研究了中尺度对流云团生命史不同阶段的卫星云图形态特征，给出了中尺度对流云团降水的时空分布特征。     

95GHz云雷达对一次冷锋云系结构的观测分析

利用安徽寿县W-Band云雷达(95GHz,波长3.16mm)、地面微波辐射计、探空和地面观测等资料,对2008年11月5-7日一次冷锋云系的云结构进行了分析。结果表明,云雷达的多普勒速度可以初步确定粒子相态和大小以及是否存在雪晶或雨滴;在0℃层附近有回波暗带产生,这主要是由于波长为3mm的雷达对雪晶的衰减较强以及粒子的非Rayleigh散射引起的;云雷达观测可以清楚地识别混合云中的融化层。冷锋云系发展、演变过程及结构非常不均匀:锋面前部,在5～7km之间有一水凝物含量大值区,不断有长大的冰雪晶下落,使云底逐渐下伸,触地后产生间歇性阵性降水;降水过后,5km左右有一相对干层,上部为高层云,下部为散乱的多层云结构;冷锋临近,云层冷区没有水凝物含量大值区,回波强度较弱,暖区2km以下是干冷的东北气流,限制了雨滴通过暖雨过程增长,导致锋面降水强度较小,持续时间短。锋面后部4～7km高度,由于冰雪晶沉降,相对湿度较小,云层分裂成两层云;冷锋过后,出现了较强的降水,这主要是由暖雨过程产生的。     

华北地区一次低槽冷锋云系结构和增雨条件研究

地处华北地区的河北、山西等地2017年春季发生较严重干旱,对农作物播种及生长造成一定影响,开展人工增雨作业有利于缓解旱情、减轻旱灾影响。为科学、精准地开展人工增雨作业,利用云降水显式预报系统(Cloud and Precipitation Explicit Forecast System, CPEFS＿v1.0)结合实况资料,对2017年5月22—23日发生在华北地区的一次典型低槽冷锋云系降水过程进行研究,选择河北邢台站为代表研究不同降水阶段云系结构和增雨条件。结果表明,当邢台处于地面冷锋之后、700 hPa槽前时,因锋面抬升出现较强降雨,10 min雨量最大超过2.0 mm,此阶段850 hPa以下水汽通量大于21 g·hPa^-1·cm^-1·s^-1,随着云砧移过邢台,云系由冰雪晶组成的高层冷云转变为冷暖混合云,低层云水、中层过冷水和霰的混合比均明显较高,霰的融化、雨滴碰并云滴是降雨形成的主要过程;当邢台处于700 hPa槽后、500 hPa槽前时,降水转变为由深厚层云形成的小雨,此阶段中低层水汽、云水含量明显减小,上升...     

河北冬季一次冷锋降雪云系微物理演变特征综合观测分析研究

利用河北省中南部地区皇寺国家观测站布设的毫米波云雷达、微雨雷达结合飞机等联合观测数据，对2019年2 月14日河北中南部地区一次冷锋降雪云系微物理演变特征进行分析，探讨雷达回波与冰雪晶粒子微结构的关系，以便更好地认识该地区自然降雪的宏微观结构特征。研究结果表明：降雪初生阶段表现为双层云结构，中云云顶高约4100 m，云底高约3600 m，低云云顶高约3100 m，云底高约200 m，中间存在一干层，3000 m以下高度粒子增长以凇附过程为主。降雪发展阶段上下两层云相接，雷达回波强度较强的时段地面降水量也较大，该时段降雪过程主要以凝华〖CD*2〗聚并增长为主。降雪后期回波强度最大值减小，云顶高降低，3000 m以下高度范围内回波强度、多普勒速度、谱宽随高度降低呈增大趋势；飞机观测结果显示，降雪消散阶段逆温层底部由于水云云层较薄，催化潜力较小,冰雪晶粒子主要位于云的中上部，随着高度降低，冰雪晶粒子在下落过程中增大，与雷达观测结果一致，毫米波云雷达和微雨雷达反射率因子随高度变化与降水粒子有效粒径之间相关系数分别为0.89和0.83, 雷达反射率因子主要受冰雪晶等大尺度粒子主导。     

东北地区春季冷锋云系降水个例数值模拟及机理研究

本文通过常规天气资料,结合WRF中尺度数值模式,深入研究了2007年5月22～24日一次发生在东北地区的锋面云系降水过程和云宏微观结构特征以及降水产生的物理机制。模拟结果表明冷锋云系降水分布不均匀,锋前中低层有弱的上升气流,云水比含水量较大,雪和霰几乎没有。冷锋过境时,垂直速度迅速增大,中低层有下沉气流,不利于云水形成,出现云水含量几乎没有的干层区,雪水比含水量迅速增加,降水形成应是通过雪和霰的融化过程。处于锋区时,垂直速度和雪比含水量继续增大,降水的形成主要是雪的融化过程。锋后,上升气流迅速减弱,云内雪比含水量减少,降水的形成主要是雪的融化和暖云微物理过程。     

东北冷涡中尺度云系降水机制研究 I: 观测分析

利用机载云粒子测量系统等仪器对2003年7月8日冷涡云系的积层混合云探测的资料,分析冷涡云系中的微物理结构、微物理过程和降水形成机制.结果表明:在4km以上高度,2-DC粒子浓度随高度快速增加,而粒子平均直径逐渐减小,粒子在下落过程中获得了增长.积层混合云中对流云在垂直方向上出现明显的分层的微物理结构:4.6km以上高度只存在针状冰晶;4.5～3.5 km高度,存在过冷水和冰相粒子.过冷水含量较高,冰相粒子除针状冰晶外,还有少量冰雪晶聚合体或霰粒子,其中在紧靠0℃层之上的3.5km高度,主要存在冰雪晶聚合体或霰粒子.在紧靠0℃层之下,粒子为椭球形,还有一些未完全融化的冰晶,再降低200 m高度,粒子完全是球形,这里完全是雨滴.降水粒子主要是雨水.云系液态水含量十分丰富,过冷水含量最大值可达3.3 g/m3,云体上部也达到2.0 g/m3.云垂直方向上微物理结构分析表明,云中冰晶除了通过冰核核化形成外,可能还存在冰晶的繁生过程.冰晶产生后通过聚并进一步长大,撞冻过冷水也是冰雪晶增长的方式之一.在云的暖区降水粒子为雨滴,其中至少有一部分是由冰相粒子(冰晶聚合体或霰粒子)融化形成.因此冷云过程参与了降水形成过程.     

一次层状云系水分收支和降水机制的数值研究

对2002年10月18—20日河南省层状云系的水分收支和降水机制用MM5模式模拟的结果表明,河南省域以外的水物质主要通过西和南边界输送到区域内,19日降水主要时段总水物质通量在水平方向上为净流入。对河南省域水汽、水凝物和总水物质的水分平衡等式中各项的估算表明该区域水物质基本达到收支平衡。估算的河南省域总水物质降水效率、凝结率、凝华率和水凝物降水效率及水汽降水效率分别约33.1%、27.7%、13.1%、69.7%和31.1%,总水物质降水效率与水汽降水效率接近是由于参与的水物质总量中水汽占绝大部分。约58.2%以上的冰晶转化为雪,超过82.1%的雪融化,不到11.1%的雪转化为霰,霰粒子几乎完全融化。冰晶通过凝华过程增长。雪主要由冰晶转化产生,凝华增长率比撞冻增长率高得多。雨水由暖云和冷云过程产生和增长,雨水碰并云水量和冰粒子融化量对雨水的贡献相近,云雨自动转化量小。可见,在主要降水时段,降水是由冷云和暖云过程共同产生的。冰粒子凝华增长对雨水的贡献最大超过35%,撞冻增长的贡献最高不足12%,可见水汽对降水粒子增长重要。催化层、冰水混合层和液水层对降水的贡献分别约为15%—27%、45%—50%和23%—38%,表明此"催化-供给"云中冰粒子在冰水混合层的增长对降水的贡献相当大。     

典型层状云系催化试验的云物理响应研究

利用2003年秋季延安地区一次典型层状云系加密探空和实时雷达观测资料,设计了催化和对比探测方案,计算得出催化影响区及下风方可能采集到响应值的区域。按照设计方案进行催化和探测。云物理响应观测结果表明:PNS粒子探测系统检测到催化后30min,小云滴减少;大冰晶的浓度增加;催化前冰晶以片状为主,催化后可看到有霰坯;催化前大雪晶浓度很小,雪晶之间没有攀附;催化后雪晶浓度增加,且大雪晶增加很多,可明显看到几个雪团攀附在一起形成的较大雪团;雷达观测到催化前拟播撒区内云的回波强度较弱、范围较小,催化后云体明显增大,强中心增加了5～10dBz;催化约1h后影响区雨量均有增加,说明催化引入的人工冰晶,使冰晶凝结比水滴凝结更有利于过冷云水转化为降水,冰晶效应和雪晶攀附过程是这次层状云系降水系统中的主要过程。过冷水冻结释放的潜热,导致云内升速加大,使催化区云和降水得到发展。     

山西春季层状云系结构和人工增雨潜力研究

对两架次飞行个例的DMT资料进行分析,发现山西春季层状云降水系统存在水平不均匀性。2010年4月20日的个例由高卷云、降水性高层云和非降水性高层云组成,高卷云与高层云之间千层较厚不利于形成降水。4月21日的个例由降水性高层云组成,云滴浓度随高度增加减小。对高卷云、非降水性高层云和降水性高层云的宏微观特征进行对比分析。云的垂直厚度越大,云底高度越低,云厚和过冷云层厚度越大,越有利于降水的产生。对这两次个例的云中可播性进行判别,发现存在可播区,无强可播区。     

辽宁飞机人工增雨天气系统及云系研究

对飞机人工增雨天气系统和作业云系进行了统计分析 ,按照辽宁的天气特征 ,高空环流分为 4种类型 ,其中西风槽和冷涡为多见 ;地面以冷锋和蒙古气旋多见。飞机人工增雨作业的主要云系是层状云系