青海秋季对流云降水及催化过程数值模拟研究

利用CAMS三维对流云模式和青海省河南县秋季外场试验取得的资料，对自然云的发展演变过程进行了数值模拟试验。进一步就催化时间、催化剂量对增雨效果的影响进行了数值试验。结果表明，该地区秋季对流云降水主要为冷云降水，冰晶是霰产生的主要来源，冰霰自动转化是霰产生的最主要方式，冰晶与霰的碰并又促进了霰的进一步增长，霰是云中过冷水消耗的主要因素。人工播撒催化剂应在冰核活化过程大量开始以前进行，以达到增加冰晶浓度，消耗过冷云水，从而增加降水的目的。     

青海省秋季一次对流云人工增雨的数值模拟

利用中国气象科学研究院的三维对流云数值模式，模拟了青海省2002年秋季一次对流云过程，分析了青海省秋季对流云云体发展的动力学特点和微物理特征。数值模拟结果表明，青海省秋季的对流云降水几乎全部是由霰的融化形成的，而自然云中冰晶含量少、冰霰自动转化形成霰胚的过程非常微弱。但采用合适的方法催化以后，冰晶的核化、繁生量增加，通过冰霰自动转化过程形成大量霰胚，霰胚再通过其他冷云微物理过程迅速增长，融化成降水。催化后各种微物理机制都比催化前活跃，同时催化改变了云体的动力场分布，在动力过程和微物理过程的相互促进下，使增雨取得了很好的效果。     

黄河上游对流云降水微物理特征的数值模拟试验

利用二维动力-热力场和水凝物粒子分档数值模式,对黄河上游河曲地区浅对流云降水微物理特征进行了试验性模拟,得出了浅对流云中暖雨增长机制可以单独形成雨,且其成雨速率可以快于冷雨过程等有意义的结果。     

湖南省2001年夏秋季对流云降水潜力数值模拟结果

应用对流云数值模式模拟了2001年7～9月湖南省三个探空站0000和1200(世界时)462个对流云降水算例.模拟结果表明(1)其中53天的198个算例属于有利人工增雨的天气形势,133个算例的可播度大于零,54个算例的增雨率大于零;(2)7～9月天气形势有利于人工增雨日的算例,对流云平均含水量为575万吨,平均降水效率11.4%;(3)8月降水潜力大于7月,9月降水潜力最小.这表明即使大旱的2001年湖南省夏秋季对流云仍然有一定的增雨潜力.     

有地形存在时对流云发展的数值模拟研究

本文通过应用地形转换坐标，建立了一个能够模拟复杂地形上对流云发展的二维非静力的弹性模式，并对以下几个方面进行了模拟实验：首先对初始环境场的调整适应过程进行了模拟研究，得到：在有对流云发展的情况下，只要调整适应时间大于一个浮力振荡周期（即２π／Ｎ），则此时间尺度的大小只对对流云的发展强度产生影响，而对其发展的趋势影响不大。然后我们对下述过程进行了模拟：①地形抬升对积云的触发作用；②上坡环流对已发展对流云的加强；③下坡环流对已发展对流云的减弱。模拟结果表明，模式是稳定的、可靠的。上述模拟研究为我们今后深入开展强对流云数值模拟工作打下了基础。     

对流云微物理过程的数值模拟——引晶催化的效果分析

用一维时变微物理模式,模拟了1990年盛夏季节大冶县高炮人工降雨作业点作业日的积云及其催化效果。结果表明,高炮人工降雨作业技术难度大,作业效果与云顶温度、云体大小等有一定关系。     

黄河上游河曲地区对流云催化增雨的数值模拟研究

应用中国科学院大气物理研究所开发的三维对流云模式,对青藏高原河曲地区强对流云的催化增雨效果及催化云的动力特征、微物理机制进行了模拟研究.模拟结果显示:黄河上游河曲地区的对流云具备一定的催化潜力.如果催化时机、部位选择适当,降水总量增加有望达到30%～50%,催化所产生的动力效果比较显著.催化剂的加入使得云中凝华潜热释放量增加,上升气流加强,云顶升高,云水平尺度也有所加大,地面降水区域扩大,降水时间延长.由于云中冰晶大量生成,导致过冷云水、雨水减少,暖雨过程迅速减弱,云中霰和冻滴量增多,其融化过程加强引起的降水增加远远超过了暖雨量的减少,总的增雨效果比较显著.敏感性实验表明,催化高度对增雨效果的影响最为显著,高于某一催化高度,有可能产生增雨防雹的好效果;低于某一催化高度,则会在防雹的同时使地面降水减少.对流云早期催化的增雨效果较好.一定范围内催化剂量的变化对增雨量影响不大,小剂量催化也有可能达到较好的增雨效果.     

青藏高原那曲地区一次对流云降水的数值模拟

利用NCEP FNL再分析资料为初始场,通过WRF中尺度数值模式(V3.9.1版本)对2015年8月26~27日青藏高原那曲地区一次对流云降水过程进行了模拟,分析了不同积云对流参数化方案和云微物理参数化方案组合对本次降水过程中降水量、环流场、雷达反射率以及云微物理特征模拟效果的影响。结果表明:WRF模式能较好地模拟出本次降水的时空变化特征,但不同参数化方案组合各有优势,总体而言,Grell-Devenyi+SUB_YLIN和Grell-Freitas+SUB_YLIN组合模拟性能最优。本次对流云降水以冰相过程为主,雪粒子贡献最大,暖云粒子对降水的影响并不明显。从云微物理过程的时间演变可看出,性能最好的SUB_YLIN方案能合理模拟降水过程中雪粒子与冰晶粒子间的转换过程,雪粒子可在凝结过程中释放潜热促使对流运动发展,也可通过融化过程促进降水发生,对流层高层冰晶粒子凝华产生的潜热释放亦为深对流的发展创造了有利条件。      

鄂西北夏季对流云降水微物理过程数值模拟

为了深入研究对流云降水微物理过程特征,为局地对流降水预报和人工增雨提供更多的参考依据,利用三维双参数对流云模式,使用常规单站探空资料,开展湖北两北部山地夏季对流降水实例的批量数值模拟,使用地面降水量和雷达回波资料检验模拟效果,统计分析降水微物理过程特征,归纳总结冰相粒子的形成、增长机制,以及液念水和冰相粒子的相互转化机制。结果表明：（1）对流云模式能够较好地模拟实际对流降水的一些宏观微观特征;（2）当地夏季主要是对流冷云降水,冰相过程是形成降雨的主要物理过程;（3）冰相过程巾过冷水、霰、冰晶之间的相互转化过程是主要的冷云降水形成机制。     

通辽强对流云个例数值模拟

利用中国科学院大气物理研究所建立的完全弹性三维对流云模式,模拟了2008年内蒙古通辽市6月21日的1次强对流性降水过程。结合多普勒雷达探测资料,分析、讨论了这次降水过程的流场结构、雷达回波特征、含水量场等宏微观物理量的分布及其演变。同时,模拟分析冰雹形成的微物理过程:冰雹粒子主要由冻滴(CNfh)和霰(CNgh)转化形成,冻滴对冰雹形成的贡献比霰大很多,冰雹主要是通过撞冻云水(CLch)过程而进一步长大的,而后期碰并霰粒(CLgh)的过程也很重要。     

黄河上游降水云层对流特性及降水微结构机制研究

主要利用1997—2000年6～9月在黄河上游河曲地区实施人工增水实验所获取的各类降水云层回波、雨滴谱及多点宏观气象资料，进一步阐明各类云层降水中对流作用的普遍性和特殊性，并且通过全过程的雨滴谱的演变个例，初步揭示了该地区云中降水微物理过程可能存在冷云和暖云两种机制且暖云机制起重要作用。以上是该地区产生降水频繁的重要原因。     

一次对流云团过程结构特征的观测和模拟研究

为了解2015年8月22日发生在北京东部的一次对流云团的生消演变过程及微物理特征,使用耦合了CAMS云微物理方案的WRF中尺度云分辨模式对此次过程进行数值模拟。由于研究的对流云团尺度较小,对时空分辨率要求较高,把LAPS(Local Analysis and Prediction System)局地分析和预报系统同化多源观测资料后输出的高分辨率的中尺度分析场作为模式的初始场。将模拟结果与FY-2F卫星、北京SA波段多普勒天气雷达、地面雨量站等观测资料进行对比分析。同时,研究了对流云团中的微物理含量分布,深入分析此次过程的降水机制。结果表明:模式能够较好地模拟出对流云团在生成、发展、成熟和消散的四个不同阶段的演变规律,整个对流云系的发展持续4 h左右,对北京有直接影响的对流单体的生命时长在1 h左右;模拟的自然云云带分布和演变规律、小尺度云团的尺度、位置、形状和垂直结构都与观测资料有较好的一致性;模式也能模拟出降水落区和量级及强中心的位置。此次对流云过程主要为冷暖混合云系结构,云中过冷水丰沛,降水机制以冷云降水为主,暖区供水云对降水的发展有促进作用,霰融化为雨滴是主要的成雨过程。     

一次积层混合云降水实例的数值模拟分析

观测显示,积层混合云有自己独特的动力热力结构,降水过程也有自己的特点,但过去关于积层混合云的实例模拟工作较少.2007年9月28日在我国华北地区发生了一次积层混合云降水过程.利用WRF-ARW中尺度数值模式,对这一个例进行了实例模拟,并结合常规观测、卫星和雷达资料分析模拟结果,表明:此次积层混合云系是降水云系减弱,层状云发展形成的.在降水物理过程中,此次积层混合云不仅具有积云和层云形态混合的特征,还具有冷云过程和暖云过程共存的相态混合的特征;中层的大范围辐合和相应的较均匀上升气流场支撑着层状云,而在均匀上升气流场中的波动导致了对流云镶嵌其中;有迹象表明,条件对称不稳定是维持此次积层混合云发展的动力因子.     

热带深对流云砧数值模拟及云凝结核数浓度对其影响的初步试验

利用中国科学院大气物理研究所发展的三维强风暴模式,对Egrett Microphysics Experiment with Radiation Lidar and Dynamics（EMERALD）试验期间的一次长寿命热带深对流个例进行对流产生、发展、消亡过程以及云砧的数值模拟,并与实测资料［包括C波段双线偏振雷达图像资料、机载云粒子成像仪（CPI）探测的云砧卷云微物理特性以及激光雷达探测的云砧宏观特性资料］进行了细致的对比,然后通过改变模式中最大云滴数浓度进行有关云凝结核数浓度影响云砧卷云冰晶含水量和数浓度的敏感性试验。模式较好地模拟出系统的一些重要宏观特征,如爆发性增长阶段、各高度雷达水平反射率因子的最大值、对流云主体移动方向、云砧底部和顶部高度。对云砧冰相粒子含水量、数浓度以及平均直径等微观特征的模拟结果与实测也比较接近。对于本文个例而言,异质核化为冰晶形成的最主要方式,其次为过冷云滴的均质核化。敏感性试验结果表明:当云凝结核数浓度增加时,爆发性增长阶段的垂直速度减小,使得对流云从中低层向高层的水物质输送量减少,从而使云砧卷云冰晶的数量减少。     

黄海对流云街数值模拟与敏感性试验

2015年11月25日黄海上空冷空气爆发,中国北部发生暴雪,西北东南向云街在黄海上空大面积密集分布。为研究垂直热输运的网格大小依赖性是否会对黄海对流云街数值模拟产生影响,本文利用WRF模式,分别采用考虑网格大小依赖性的边界层（PBL）参数化方案和基于非局部K理论闭合的YSU PBL方案对该个例进行数值模拟。结果表明两方案均能较好地再现云街出现区域和盛行风向。由于考虑网格大小依赖性的PBL方案模拟水平滚涡对流和次级环流的能力更强,所模拟的水平垂直速度强度更大,云水混合比更高,促进更多的云得以发展;同时其稳定性参数ζ更小,模拟的水平滚涡对流强度更大。     

海口市人工催化热带对流云增雨降温的数值模拟

利用中国科学院大气物理研究所发展的具有火箭人工增雨催化功能的三维云分档数值模式(IAP2HBM),对2004年7月8日海南岛海口市区的一次热带对流云火箭人工增雨降温作业过程的宏、微观物理演变过程和人工增雨降温作业效果进行数值模拟。结果显示,人工催化播撒AgI后地面降水增加、地面气温下降的区域扩大、维持时间延长。催化导致云水含水量降低,雨水、冰晶、霰、雪含量增加,云中雨水的大量蒸发和冰晶、霰和冰雹粒子融化造成空气温度降低。     

２００８年６月一次引发广西大暴雨的西南低涡的诊断分析

利用中国科学院大气物理研究所发展的具有火箭人工增雨催化功能的三维云分档数值模式（IAP2HBM）,对2004年7月8日海南岛海口市区的一次热带对流云火箭人工增雨降温作业过程的宏、微观物理演变过程和人工增雨降温作业效果进行数值模拟。结果显示,人工催化播撒AgI后地面降水增加、地面气温下降的区域扩大、维持时间延长。催化导致云水含水量降低,雨水、冰晶、霰、雪含量增加,云中雨水的大量蒸发和冰晶、霰和冰雹粒子融化造成空气温度降低。     

1998长江大水期间对流云团活动特征研究

运用1998年6～8月逐日逐时GMS辐射亮度温度TBB资料,统计和分析了长江流域4个大暴雨时段中各自中尺度对流云团活动的一些主要特征,指出长江流域的这场罕见大水是在特定的环流形势下,由315个β中尺度和α中尺度对流云团直接造成的.与此同时,对7月21～22日发生在武汉及其以东黄冈地区的特大暴雨作了较详细的分析,发现它是由4次强对流云团形成发展及向西传播造成的,并指出低空强西南风急流与切变线及特定的地形条件是对流云团形成和发展的根本原因.