湿空气动热力学理论及应用研究进展

回顾了湿空气热动力学的研究进展,对未饱和湿大气、饱和湿大气及非均匀饱和湿大气的动热力方程、能量方程、连续方程等进行了梳理,指出饱和湿空气动量方程与非均匀饱和湿空气动量方程的最大区别在于对凝结过程的处理不同。饱和湿大气中,由于大气均是饱和的,由饱和造成的水凝物可处处出现,不能区分真正发生水汽凝结的区域。而非均匀饱和湿空气中,凝结发生与相对湿度的幂次方有关(即与凝结概率函数的分布有关),在相对湿度较小的区域不会出现水汽凝结,凝结区与非凝结区可自动区别,其描述的凝结过程与实际大气更接近。同时,总结了湿大气水汽凝结饱和非均匀分布的动热力物理量在高影响天气分析中的应用,最后讨论了未来推进湿空气动力学研究需重点考虑的一个内容。     

新型暖云催化剂吸湿性能试验研究

针对我国暖云催化剂的实际需求优选出一种硅铝酸盐化合物,并对这种暖云催化剂的吸湿能力、吸湿速度和放热能力进行对比性试验分析。结果表明,该暖云催化剂在吸湿能力和吸水速度上优于以往使用的水泥、食盐、硅藻土、尿素等材料,平均吸水量达到217. 2 mg·g~(-1),吸湿速度比其他催化剂高出1～2个数量级,吸湿性能优于以往催化剂,并且具有较好的放热能力,有望成为性能良好的暖云催化剂。该暖云催化剂成分接近土壤成分,不含重金属和有机物,对环境没有任何危害。     

人工凝结核的实验研究

本文对几种可溶性的物质微粒(NaGl,MgCl_2,NH_4Cl,CaCl_2,P_2O_5,NH_4NO_3,(NH_4)_2SO_4等)和樟脑、矽胶、高岭土、炭黑、生石灰等物质进行了实验研究,测定了它们在不同的空气湿度条件下的凝结增长速度。发现所有上述可溶性核以及樟脑粉末都是活跃的人工凝结核,而炭黑、矽胶、高岭土等在未饱和湿空气中没有发生显著的凝结增长现象,证明这些物质并不是活跃的人工凝结核。     

饱和湿空气热力学的基本特征

本文把凝结过程的初期看作是系统的一种广义绝热过程,而把凝结潜热看作是系统总位能的一个部分。从这个基本思想出发,探讨了饱和湿空气中一些热力学的基本特征。结果表明:当把测量温度T改用广义温度T~*作为独立变量后,干空气中的热力学基本特征都将在饱和湿空气中得到对应的结果。这对研究我国夏季汛期降水以及对大气数值模式的设计,或许有所裨益。     

人工影响暖云过程吸湿性催化研究

介绍了近年来吸湿性催化的一些最新理论、新催化剂研制和播撒方法的研究,并分析了近期4个不同地区吸湿性作业试验结果：南非和墨西哥试验试图引入吸湿性凝结核,增宽云滴谱,加速凝结过程;泰国和印度试验试图引入活跃的凝结核,跳跃性地开启碰并过程。两类试验均促进云滴早期发展,产生比自然状态下更多的降水。此外通过暖云借化试剂在云室中催化湿空气的试验,来初步评估吸湿性催化的效率。     

地面碘化银冰核发生器

·引言·碘化银至今还是应用最广泛的播云催化剂之一.碘化银冰核的发生方法基本可分为,溶液喷撒法、爆炸法、烟火法和溶液燃烧等四种.国外很少用前两种方法,原因是成核率比较低;后两种方法国外应用得很普遍.就后两种方法来说,一般认为溶液燃烧法比烟火法要经济,花费约为1与4之比.我国在人工影响天气方面对碘化银冰核的发生方法研究的还很不够,使用得最广泛而又最有效的是三七人工降雨弹.但其产生碘化银冰核的方法是爆炸法,成核率较之燃烧法要低;同时,只能在交通比较方便的地方使用,耗费的人力和物力都较大.     

人工影响暖云过程吸湿性催化研究

介绍了近年来吸湿性催化的一些最新理论、新催化剂研制和播撒方法的研究,并分析了近期4个不同地区吸湿性作业试验结果:南非和墨西哥试验试图引入吸湿性凝结核,增宽云滴谱,加速凝结过程;泰国和印度试验试图引入活跃的凝结核,跳跃性地开启碰并过程.两类试验均促进云滴早期发展,产生比自然状态下更多的降水.此外通过暖云催化试剂在云室中催化湿空气的试验,来初步评估吸湿性催化的效率.     

论Amk预报方程及新的湿空气动力学方程组

作者对推导的Amk预报方程各项的物理意义进行详细讨论后指出:Amk预报方程完全可以代替涡度方程,用于不同纬度地区天气系统发生、发展及移动的研究和预报。其优越性在于: 1、可以认为:引起天气系统发生发展的平流动力条件,是A_mk预报方程中产生项、释放项、水汽凝结速率项和效率因子变化项均为0时的特例。 2、将动力、热力的宏观物理过程同云雨凝结速率的微物理过程结合起来,有利于探讨它们间的关系。 3、给出了台风等天气系统的判据。 4、用A_mk预报方程和运动方程等组成的湿空气动力学方程组进行数值积分,可望提高对低纬天气系统的发生、发展和移动的预报效果,为台风和暴雨数值预报提供了一个新的模式。      

三种含AgI的气溶胶在水面欠饱和条件下成冰性能的实验研究

在水面欠饱和、冰面过饱和条件下，对三种含碘化银的冰核气溶胶的成冰性能进行了研究。实验是在2 m3等温云室中进行的。在无云条件下排除了接触核化的可能性，同时把冰晶中心有无冻滴作为辨认凝结冻结核化与凝华核化的标志。从实验得到的一些定性结果表明，这三种碘化银气溶胶在成冰性能方面存在着明显的差异。     

云雾物理膨胀云室研制及参数测试

膨胀云室可形成水汽、水面和冰面过饱和环境,是研究气溶胶粒子、人工影响天气冷暖催化剂核化过程和机理的重要实验设备。但长期以来,我国缺乏装备先进云雾粒子谱和图像测量系统的膨胀云室。2019年完成的我国自主研制的膨胀云室系统由云室主体、控制系统、通讯系统及环境和云雾测量系统4个子系统组成。该系统首次采用了国产云粒子谱仪和成像仪测量系统。测试结果表明：该云室具有良好的温度和压力控制能力,平均降温速率达到0.26℃·min-1,温度分布均匀,-40℃时舱内温差小于0.29℃;膨胀造雾过程4 min,雾可维持4 min,雾滴较小;可以实现从室温到-50℃低温环境的控制,具备压力膨胀成云雾模拟和微物理参数监测能力,解决了我国缺乏气溶胶粒子和暖云催化剂室内实验装备的状况,对验证暖云催化剂核化性能和提高暖云人工增雨科技水平有重要价值。     

2005年“5.31”湖南暴雨过程触发维持机制

利用实时观测资料和NCEP 1°×1°的6小时再分析场,对2005年5月31日至6月1日湖南暴雨发生的大尺度背景、环境场条件以及触发、维持机制进行了分析和诊断.结果表明高低空急流的优势配置,耦合形势的建立以及高空急流右侧的强辐散场的存在为暴雨的发生提供了有利的环境条件;从低层到中高层偏南暖湿气流的突然爆发对暴雨对流系统的启动十分重要,暖湿空气在中高层凝结释放潜热,加热高层大气,对上升气流起到正反馈作用;200hPa大气的强"抽吸"效应对此次暴雨过程的维持和发展起着主导作用,并且和凝结加热相互作用.     

层状云的增雨问题

用盐粉、尿素等吸湿性核催化液性层状云,至今仍被广泛采用。估算它的增雨量是很有意义的工作。根据几年来的野外观测试验,从单个盐核凝结碰并连续生长方程可以估算各种盐核在不同云层条件下的出云水滴大小,时间、雨量。这对选择有利作业云层,克服盲目催化,完善机上、地面对比观测,合理评价     

凝结几率函数的引进和非均匀饱和湿空气动力学方程组

引进凝结几率函数，并摈弃“凝结过程开始于某个临界的相对值”的假定，使湿空气动力学研究摆脱整个大气总是处处维持饱和的不合理要求，建立了非均匀饱和湿空气动力学方程组，并在一定的假设下给出了方程组的一些简化形式。     

新安江流域上空云内外巨盐核的分布

1979—1980年6—7月份在新安江流域上空进行了云内外巨盐核的观测,得到:(1)大气中云内外的巨盐核浓度分布都与天气背景有关;(2)云内巨盐核浓度大于同高度上的云外巨盐核浓度,不同云内巨盐核浓度和谱型不一样;(3)云内巨盐核浓度要比小云滴少两个量级,因此巨盐核作为凝结核,对形成小云滴的贡献是很小的。     

GRAPES全球模式云方案的诊断研究

在对GRAPES全球预报系统(GRAPES_GFS)云预报性能进行诊断评估的基础上,对凝结(华)和蒸发等物理过程及对流卷出对云的影响过程进行改进和优化,旨在提高GRAPES_GFS云量及其特征量和降水的预报精度.通过研究GRAPES全球模式、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)和美国环境预报中心(NCEP)全球模式中3种...     

应用于地面的碘化银所产生的次生冰核

在一个周长为17公里的近于圆形的地区周界上分布着8个测站,在这地区内的40公顷麦地里设1个测站,在这9个测站用滤膜法来监测冰核。在含有340克碘化纳的3升丙酮内,快速稀释含有1.7公斤碘化银的标准的云催化溶液,制得2000升胶状液体。在好天气时,用这种液体喷洒40公顷麦地。在喷洒后13～21小时,位于喷洒地区下风方的测站测得冰核浓度有很大的增加。冰核浓度要下降到在此以前5个月所确定的本底水准要几天的时间。以10天为间隔,喷洒区对对照区的冰核浓度比反复出现高值,一直到第40天,此后不久,这个实验就结束了。这个情况表明,在云催化剂播撒到地面后,释放到大气中的次生冰核,是造成早期云催化试验中的明显而持久的播云效应的原因。     

纳米碘化银在人工影响天气的应用研究 II: 室内实验

运用爆炸法,使用“37型”降雨实弹分别在室内20 L和1200 L云室对研制的人工影响天气纳米碘化银催化剂的成冰性能,包括成核率、成冰阈温、核化速率等,进行检测和研究.在相同实验条件下,在“37型”降雨实弹上将纳米碘化银催化剂与目前常用碘化银催化剂进行对比试验.结果表明,纳米碘化银催化剂成冰性能明显优于常规碘化银催化剂,其成核率比常规碘化银催化剂提高1～2个数量级;成冰阈温值增加;核化速率明显加快.     

人工影响天气碘化银催化剂研究进展

碘化银（AgI）类催化剂是人工影响天气外场试验和业务作业中使用最广泛的催化剂,其核化效率和核化机制在很大程度上影响催化效果。在总结美国、中国和欧洲多个国家利用云室和风洞研究AgI类催化剂的核化机制、核化阈温及成核率的室内实验成果的基础上,梳理利用室内实验成果发展的AgI数值催化模式,旨在为下一步优选新型高效AgI类催化剂和改进数值催化模式提供借鉴。AgI类催化剂核化机制包括凝华核化、接触冻结核化、凝结冻结核化和浸没冻结核化,其核化过程受大气温湿条件、催化剂粒子大小、成分等多种因素影响,并与催化剂粒子的燃烧溶液法、燃烧焰剂法和爆炸法等发生方式有关。目前国内外使用的AgI类催化剂含有不同成分,有多种催化剂粒子产生方式,催化剂粒子的核化机制和成核率有很大差异。将来应重点基于高性能云室和风洞,分析不同催化剂配方的核化机制和成核率,优选新型高效催化剂,改进AgI数值催化模式。     

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。     

广州白云机场两次低云低能见度过程对比分析

2010年2月3-5日和3月12-13日广州白云机场各发生一次持续时间较长的低云、低能见度天气过程,两次过程的出现形式和持续时间不同。从环流形势、假相当位温、温度平流和地表热量通量等方面入手,揭示它们不同的发生机制和维持机制。两次过程,不同的环流形势使逆温层在出现时间、持续时间和强度等方面存在差异,环流形势均有利于低层水汽输送,当逆温层存在,使其底部汇集大量的湿空气,而较弱锋面附近的抬升作用和冷空气的冷却作用,使近地面附近的水汽抬升并在逆温层底部凝结成云;下沉干冷气流,使近地面的暖湿水汽冷却凝结并形成雾,凝结释放的潜热使地表热量通量发生变化。