“云中水滴”幕后的故事

世界气象馆是由世界气象组织和中国气象局共同设计、建设的场馆,具体工作由中国气象局和上海市气象局负责。从整个上海世博会场馆建设规模来说,世界气象馆的投入资金相当少,虽然说2000万人民币对气象部门来说已经是个很大数目了,但是与整个上海世博会场馆建设资金投入相比乃是小巫见大巫。如日本馆的建设斥资10．9亿元人民币,英国馆为6．8亿元人民币,泰国馆为2亿元人民币,就连世界气象馆隔壁的联合国馆,虽然建设式样较为简单,但资金投入也有3000万美金。     

“云中水滴”或成为“气象”代名词。

上海世博会世界气象馆主题：为了人民的平安和福祉,该馆“云中水滴”的外形设计体现了其内容与建筑物外观浑然一体达到最充分的体现自建馆特色和优势。     

雷暴云中起电活动对动力和微物理过程的影响

本文通过改变三维强风暴动力—电耦合数值模式中电场参量的引入条件，将电场带入积云运动方程及水凝物下落末速中，模拟比较了有无电场影响下模拟云的主要差异。在考虑电场的作用下，由于初期电活动并不剧烈，降水强度与云内风速变化较小；随着云中起电活动的增强，考虑电场影响的模拟云内上升、下沉风速均有所增加，对应时段的降水强度有明显起伏，但累计液态与固态降水量增加微弱；同时，闪电数目增多，闪电发生得更早，持续的时间更长，电场的影响是不可忽视的。模拟发现:雷暴成熟时期，由于电场力的作用，雹粒子瞬时落速变化的极值均超过10 m s-1，霰粒子瞬时落速变化极值也超过了7 m s-1。但强电场的区域较小，粒子下落时经过强电场区域的时间较短，所以落速极值变化不大，相比之下电场力对半径较小粒子的下落末速的瞬时改变更显著。电场通过对粒子下落速度的影响，改变了水凝物粒子主要源项的生成率，增加雨滴、冰晶粒子的生成率，减小霰、雹粒子的生成率，调整了三相水凝物粒子的时空分布，使云中水汽总量增加9%，释放潜热增加7%，为云体的进一步发展提供了内能。     

低层偏南气流对一次暴雨过程的动力作用分析和数值模拟

利用常规观测资料和NCEP再分析资料,对2010年7月22-25日四川盆地西部出现的一次暴雨过程进行了诊断分析.结果表明:暴雨出现在对流层低层南海至四川盆地一直维持偏南气流的环流背景下,暴雨与这支偏南气流的风速演变密切相关,降雨强度随南风气流的增强而增强,南风气流增强所形成的风速辐合及正涡度平流是暴雨的主要动力触发因子,暴雨与低层辐合和正涡度平流区域有很好的对应关系.WRF数值模拟试验进一步表明:850 hPa层3h风速演变对中尺度对流系统的发展具有很好的指示意义,在3h风速增大区域的下风方,未来3h对流云团将迅速发展;盆地西部形成的气流辐合与其西侧的高原地形密切相关.     

对流运动中水平旋转气流动力作用的数值分析

用轴对称动力方程组研究对流运动中水平旋转气流的作用,结果表明,有水平旋转气流存在时,将使对流运动中下部的上升气流明显加强,上部减弱,使调整后的垂直气流结构强度增加,强中心高度变低,对流厚度变薄.这有利于解释超级单体的稳定持续发展和对流强度大而云层并不厚的观测事实. 通过对气压场调整的分析,可以认为水平旋转气流对垂直运动的作用是通过气压场的变更而实现的.     

云中可溶性物质对冰核化影响的实验研究

用冷台冻滴和２ｍ３云室试验相结合的方法，研究了云中可溶性物质对冰核化的影响。实验结果表明，一般云中观测到的可溶性盐类气溶胶（如ＮａＣｌ、（ＮＨ４）２ＳＯ４等）在温度高于－１８℃时不易成为冰核。而高浓度的可溶性铵盐（如（ＮＨ４）２ＳＯ４，ＮＨＣｌ等）则能显著提高ＡｇＩ的成冰温度。（ＮＨ４）２ＳＯ４能使ＡｇＩ成冰晶数在－１０℃提高２个量级，－６℃提高约１个量级。该结果对人工催化技术有一定指导意义。     

论水平旋转气流在超级单体风暴中的动力作用

超级单体风暴云是形成强烈雹灾的主要云体,它的雷达特征是在云的中下部存在稳定的勾状回波以及被它包围的弱回波区.现在已经证明,前者是水平旋转气流的反映,后者代表强烈上升气流区,大的雹块正是从弱回波区后面的回波墙中下落的[1,2].它的另一重要特征是具有比一般积云长得多的生命史,因而为雹块生长提供时间条件并导致大面积的降雹.     

云中降水分布不对称性对个体积云移动的影响

在实际观测中,可以看到个体积云降水分布不均匀时,积云往往是向云的非降水方向移动的,亦即降水是在移动方向的后部。本文从理论上对这一问题进行初步探讨。自然,这一问题的研究,对于人工控制积云移动路径问题也将有着一定的意义。 水滴拖带是积云动力机制的一个重要因子。作者对积云降水过程对云结构的影响曾     

大气背景场对云中液态水反演结果影响

基于机载对空微波辐射计GVR讨论应用BP神经网络算法反演液态水路径时大气背景资料对反演结果的影响,为合理选择训练样本获取更准确的液态水观测数据提供依据,同时有利于了解反演算法的探测适用范围。文章选择多个历史探空资料,按照历史资料时间序列长度、季节和区域进行分类,建立不同类样本集训练BP神经网络获取反演方程,选择样本检验集模拟计算每类反演方程的反演精度,通过反演精度对比分析大气背景资料差异在反演云中液态水时造成的影响。结果表明训练样本的大气背景时空差异影响反演结果,在一定时间范围内增加历史资料序列长度可以减小大气背景差异对反演误差的影响,但当时间序列长度到达一定程度时,增加历史样本量将不再是提高反演精度的一种有效措施。季节分类可以减小大气背景差异对反演误差的影响,但在实际应用中,资料分类带来样本容量减小,对一定时间序列长度的历史资料,按照季节进行分类并不能有效提高垂直累积液态水的反演精度。     

有云泡结构的对流云中降水形成的研究

观测事实表明,对流云中分布着许多不同大小的云泡,本文根据这一事实讨论有云泡结构的对流云中降水粒子形成的问题。我们考虑在云泡中的含水量和垂直气流均比云泡外的云中的值大,因此这是一个含水量和垂直气流同时起伏条件下滴在云中随机生长的模式。 根据滴在云中碰併增长的公式,我们推得一个重要的关系:即对于任何滴同样的半径增量,通过云泡所需移动的距离要比在云泡外的云中所需移动的距离少,而这个距离的差值仅与云泡的特性有关,与滴的初始大小无关,因此滴在云中经过若干云泡的生长就由一个排列问题转变为组合问题,这就便于我们讨论摘随机穿过若干云泡的生长。 计算结果表明,有云泡结构的云中,比较薄的云就可以形成较大的水滴或冰雹,或者说降低了形成降水对云厚的要求。本文还计算了云泡特征量对降水形成的影响。     

EFFECTS OF STRATIFORM CLOUD ON THE DEVELOPMENT OF CUMULUS CLOUD AND ITS PRECIPITATION

Based on the two-dimensional slab-symmetric model of cumulus clouds established by the authors,thedevelopment of the cumulus cloud and its precipitation in environments with and without the stratiform cloudpresent has been simulated numerically in almost the same atmospheric stratification.Results show that thepresence of the stratiform cloud has a significant effect on the development of the cumulus cloud and theincreae of its precipitation.The rainfall may increase by scveral to tens of times.It is believed that theconvective-stratiform mixed cloud system may be important for producing heavy to torrential rain.This isin good agreement with what has been observed in the Meiyu frontal cloud system in recent investigations     

层状云对积云发展和降水的影响——一种云与云之间影响的数值模拟

利用我们已建立的二维积云降水模式,在相同的大气层结条件下,模拟了孤立积云和层状云中积云的发展和降水情况。结果表明,层状云的存在对积云的发展有显著的促进作用,降水量可加大到几到几十倍,从而认为积层混合云系可能是产生大雨和暴雨的一种重要机构,这与梅雨锋里锋区混合云系常产生暴雨的观测事实比较符合。     

南方夏季对流云降水回波特征分析

利用1988～2000年7～9月南昌、建阳、长沙三站探空资料及同期地面和500 hPa天气图与降雨量资料等,对照1988～2000年7～9月南昌(建阳、长沙713雷达站部分资料)"713"雷达站回波素描图进行统计分析,得出南方夏季对流云回波的顶高、强度、性质等参数变化规律与主要特征,从宏观上了解影响南方夏季对流云回波参数等特征量的变化规律,为南方各省人工影响天气作业提供科学依据.     

关于声振动对球形降水粒子运动边界层和运动状态的影响

运动边界层内的运动状态强烈地影响着边界层分离点的位置,也影响着运动物体所受的阻力。我们认为,当运动边界层的特征厚度与声振动的振幅大小可以比拟时,声振动能引起边界层内各分层间动量交换,这样一来,边界层底层被加速了,分离点将被推后。根据这样一个效应,可以期望声振动能够减少下落着的球状降水粒子所受的阻力。我们把这种现象称为“润滑效应”。我们还利用提供的边界层计算方法,加上声振作用项,计算了这种效应所产生的影响,得出了有启示性的物理图象。     

风切变对强对流云降水影响的模拟研究

本文用二维冰雹云模式，以实际探资料作为初始场，对风切变在强对流降水中的影响，进行了数据模拟。     

地闪与对流性天气系统中降水关系的分析

利用１９９７年夏季在中国科学院兰州高原大气物理所平凉雷电与暴雹实验站设置的３站闪电定位系统所取得的地闪资料与雷达、降水及探空等资料进行了对比分析,发现地闪与对流性天气中的降水有较好的相关性,这种相关性用来对一般性对流天气中降水进行估测是可行的。通过非线性回归近似拟合得到平均雨强与对应时段内的地闪数回归方程为Ｒ＝１．６９２ｌｎＦ－０．２７３,相关系数ｒ为０．８６４１。同时地闪频数与层结最大不稳定能量一样能够指示对流性天气的发生和发展。     

南京周边地区夏季对流云降水的雷达回波特征与人工增雨

本文利用1998～2002年南京713数字化天气雷达资料,对南京周边地区(距南京150km范围内)7、8、9三个月所有有高显的对流云降水回波进行了统计分析。统计结果发现：南京及其周边地区夏季对流云降水回波在平显上以带状为主,所占比例超过为58．2％,其次是孤立的对流云降水回波,所占比例达到22．6％。在高显上,回波顶高在0℃层以下的降水回波较少,不到10％,回波顶高在0℃～-10℃之间的占11．7％,在-10℃～-20℃之间的占15．3％,-20℃以上的达到63％以上,说明南京及其周边地区夏季对流云中暖云的降水几率很小,大部分为发展旺盛、负温区比较深厚的对流云,这种云是人工增雨作业最理想的云。本文的研究为正确把握作业的时机、催化的部位及用弹量,以便有效地作业,提供了依据。     

对流和层状云系电活动,对流及降水特性的相关分析

通过对６次不同云系电特性、回波、对流及降水特性的综合分析，探讨了它们之间的相关性。结果表明：除不稳定能量外，－１０℃层和０℃层高度以及他们之间的高度差、０℃层与云顶的高度差也是表征雷暴动力和电特性的重要参量；雷暴云起电过程对冰相作用有较强的依赖性；雷暴中的电活动与对流活动成正相关，闪电多发生在３０ｄＢｚ强回波高度大于－１０℃层高度时段内，强烈的电活动与强降雨有很好的对应关系，而与一般性降雨对应关系较差；在雷暴消散期，闪电可能会影响雷暴的特性     

对流云降水过程中地形作用的数值模拟

该文利用地形追随坐标三维云模式，对湖北的一次对流降水过程进行了平坦地面和理想斜坡地形的模拟试验。结果发现平坦地面模拟的回波强度、最大降水强度和累积降水都与实况有相当的差距。理想地形的对流过程虽然不能模拟出对流群中多单体的生消过程，但最大降水强度和累积降水都比平坦地面的大，更接近实测结果。模拟试验表明，在地形坡度较大时，会产生较强的上升气流，从而使系统对流发展旺盛，产生较大的降水和较强的回波。所以在模拟山区和丘陵地带的对流系统时，采用地形坐标并考虑地形将会改善模式的模拟结果。