一次降水过程的云微物理结构探测

1995年6月29日利用机载PMS仪器对一次降水天气过程进行观洲,获得大量云微物理资料。利用这些资料对云微物理结构进行分析,并计算出层状云中含水量、难度、平均直径的垂直分布以及雨滴谱和冰、雪晶谱的分布。     

青海一次春季透雨降水过程的云物理结构分析

2001年5月23日青海省的一次透雨过程基本解决了春旱问题.此次降水预报准确,开展了飞机人工增雨作业,同时利用一架科研探测飞机对降水云层进行较系统的云微物理特征探测.探测结果表明"5·23"透雨过程中,降水云系在降水形成发展阶段有分层现象,上层云云水含量较下层大,云粒子浓度大,水汽主要由较高层的系统输送,由于青藏高原特有的下垫面条件,云系的发展变化较快.云粒子谱分析表明,降水云系生成阶段,云粒子谱不连续,呈间断分布或呈浓度有多峰的特征,降水云系成熟后云粒子谱明显增宽,且浓度增加一个以上数量级.云系的不同发展阶段降水云系的粒子二维特征也有不同.     

一次层状云飞机播云试验的云微物理特征及响应分析

根据2005年3月21日在河南进行的层状云飞机播云试验的探测资料,对人工增雨催化前后层状云的宏微观物理量进行对比分析.结果表明,播云前在4200m高度平飞中观测到的小云粒子数浓度最大值为1.36×108个/m3,相应平均直径在5μm左右;小云粒子数浓度和云液态水含量在催化后均减小,播撒层下方变化较之播撒层变化更加显著;5000m高度小云粒子平均直径由催化前的17.32μm增加到催化后的18.07μm,平均直径明显增大,这些作业前后微观物理量的变化表明了人工催化层状云的物理响应.不同高度飞行具有相似的粒子谱分布.     

河南春季降水性层状云微物理特征及催化潜力分析

通过对１６个降水个例的模拟计算，归类分析指出：不同类型层状云降水微物理过程各有特点，普通存在“播种￣供应￣机制；我省春季层状云含水量丰富，但自然冰晶不足，人工催化潜力较大。     

包头中部地区一次人工增雨作业的效果分析

通过2004年6月5日人工增雨作业实况和711数字雷达回波以及地面雨量自记资料的对比分析,发现在深厚的层状云系中,适时进行人工增雨作业,可以加快混态云的冰—水转化效率,增强降水能力。分析结果为指导火箭人工增雨作业提供了科学的方法和可靠的数据。     

2004年盛夏一次西风槽暴雨天气过程分析

利用天气学原理对2 0 0 4- 0 8- 1 9—2 0陕西西部区域性暴雨天气过程分析,发现此次暴雨是在“东高西低”环流形势下、西风槽与高原低值系统合并东移影响形成的;70 0 h Pa西南低空急流是暴雨的水汽和能量输送系统,自川北伸到陕西K>3 6o C高能区与暴雨区有较好的对应关系;物理量分析表明,高层辐散、低层辐合以及强烈的水汽辐合,与暴雨的产生对应较好     

一次飞机播云的微物理效应分析

根据1995年6月29日对辽宁省一次层状云降水过程的飞机探测资料，对人工增雨催化作业前后各高度层云的含水量、云雨滴数密度、谱型等微物理参量进行了分析研究。结果表明：作业云层(高度：4．0～5．5km，温度：-4．5～-13．8℃)的云水含量约为0．02～0．03g／m^3，是整个云体中最大的，但冰雪晶相对较少，特别是5km以上云层，冰晶粒子只有1000～2000m，因此对这一云层作业是适宜的。作业后在作业高度层产生了大量冰晶，由于冰晶和过冷云滴同时存在，导致小云滴的数密度由34．38cm^-3减少到8．97cm^-3，过冷液态含水量由0．015g／m^3减少到0．005g／m^3；大云滴和冰雪晶的数密度由618m^-3增加为2267m^-3、含水量由0．10g／m^3增加为0．17g／m^3；各高度层的云粒子谱也产生了相应的变化。这个实例验证了实施碘化银催化对作业云的微物理结构产生了影响。     

一次飞机人工增雨作业效果分析

依据天气形势及机载GPS定位系统、温度测量仪、空中宏观记录、地面雨量、天气实况、卫星云图等资料,综合分析了有航线设计的2006年4月3日飞机人工增雨作业,评估采用航线播撒和重点区域播撒所产生的不同效果。结果发现,采用重点区域播撒的区域比采用航线播撒的区域降水量明显增大。     

一次副热带高压后部层状云降水中山区层状云宏微物理结构探测分析

利用2010年8月18日副热带高压后部层状云降水中山区层状云的飞机穿云观测资料,结合雷达、卫星云图及天气图等资料,详细分析了此次高后降水中山区层状云的宏观特征、微物理结构,并对降水形成机制进行初步探讨.结果表明:此个例由两层云构成,上层为冷云,下层主要为暖云;冷层粒子图像显示主要以板状为主,平板柱状、柱状和霰粒为辅,冰粒子的聚合体在整个冷层都有出现;降水形成机制为播种—喂养机制,冷云中观测到丛集和淞附现象,其中淞附现象主要发生在冷云的中下部靠近融化层附近.     

内蒙古中部一次春季透雨过程的云微物理特征分析

对典型飞机作业过程中云宏、微观物理特征的分析,有利于提高对云体的认识,为本地科学开展人工增雨作业提供技术支撑。利用2018年5月10日内蒙古中部地区一次飞机增雨探测资料及探空资料,对层状云降水微物理特征进行分析。受500 hPa高空槽与河套气旋影响,5月10日内蒙古中部地区形成稳定性层状云降水。降水性层状云中下部降水粒子、云粒子数浓度均较小,且云微物理量的垂直、水平分布均表现出明显的不均匀性,云粒子谱型呈单峰分布,总体上呈递减趋势;作业过程中63.53%的云水含量大于0.002 g·m^(-3),83.2%的过冷水含量大于0.010 g·m^(-3),过冷水含量在0.010~0.050 g·m^(-3),在层状云中温度较低的区域存在自然冰晶较小、过冷水相对较丰富区域,具有较好的引晶催化潜力。     

一次降水性积层混合云系的微物理特征分析

利用山东省2007年10月27日1架次机载粒子测量系统（Particles Measuring System,PMS）积层混合云探测资料,分析了云中粒子浓度和尺度、液态含水量,以及小云滴和大云滴谱的垂直分布特征,比较了催化前后云微物理特征的变化。结果表明,催化前,云层中小云滴谱型为单峰,谱宽随高度增加先变窄后变宽,大云滴谱型在云低层为单峰,中高层为双峰谱,谱宽随高度增加先变宽后变窄,并且没有探测到降水粒子。催化后,小云滴尺度在低层减小、高层增加,整层液态水含量减小;大云滴浓度增加,尺度增大,出现降水粒子,固态粒子类型增多。在3 700~4 000 m高度层内小于10μm粒子明显增加,说明凝结过程比较明显,并且10~27.5μm粒子开始出现,启动了云滴的碰并机制。小云滴谱变化较小,基本为单峰谱,但在较大云滴处谱型略有起伏,在3 000m和3 300m高度的谱宽增宽。大云滴粒子谱有较大的变化,低层变成双峰谱,谱宽最宽可达650μm,中高层为双峰或多峰,峰值从小值向较大值移动。2D-P探头在催化云高层探测到降水粒子,谱型呈单调下降形态,谱宽最大为600μm。     

Microphysical Effects of Cloud Seeding in Supercooled Stratiform Clouds Observed from NOAA Satellite

Based on the satellite retrieval methodology, the spectral characteristics and cloud microphysical properties were analyzed that included brightness temperatures of Channels 4 and 5, and their brightness temperature difference (BTD), the particle effective radius of seeded cloud track caused by an operational cloud seeding and the microphysical effects of cloud seeding were revealed by the comparisons of their differences inside and outside the seeded track. The cloud track was actually a cloud channel reaching 1.5-km deep and 14-km wide lasting for more than 80 min. The effective radius of ambient clouds was 10-15μm, while that within the cloud track ranged from 15 to 26μm. The ambient clouds were composed of supercooled droplets, and the composition of the cloud within the seeding track was ice. With respect to the rather stable reflectance of two ambient sides around the track, the visible spectral reflectance in the cloud track varied at least 10%, and reached a maximum of 35%, the reflectance of 3.7μm in the seeded track relatively decreased at least 10%. As cloud seeding advanced, the width and depth were gradually increased. Simultaneously the cloud top temperature within the track became progressively warmer with respect to the ambient clouds, and the maximum temperature differences reached 4.2 and 3.9℃at the first seeding position for Channels 4 and 5. In addition, the BTD in the track also increased steadily to a maximum of 1.4℃, compared with 0.2-0.4℃of the ambient clouds. The evidence that the seeded cloud became thinner comes from the visible image showing a channel, the warming of the cloud tops, and the increase of BTD in the seeded track. The seeded cloud became thinner mainly because the cloud top descended and it lost water to precipitation throughout its depth. For this cloud seeding case, the glaciation became apparent at cloud tops about 22 min after seeding. The formation of a cloud track in the supercooled stratiform clouds was mainly because that the seeded cloud volume glaciated into ice hydrometeors that precipitated and so lowered cloud top height. A thin line of new water clouds formed in the middle of the seeded track between 38 and 63 min after seeding, probably as a result of rising motion induced by the released latent heat of freezing. These clouds disappeared in the earlier segments of the seeded track, which suggested that the maturation of the seeding track was associated with its narrowing and eventual dissipation due to expansion of the tops of the ambient clouds from the sides inward.     

区域冷锋降水微物理机制研究

20世纪利用一维层状云模式对2002年4月4~5日河南省冷锋降水过程进行了模拟。数值模拟结果显示,此次冷锋降水属于冷云降水过程,冷锋前后云中主要以冰相粒子为主,云中水质粒自上而下的空间分布依次为冰晶、雪、云水、霰、雨水。冷锋前后,各种水质粒有着不同的含量及数密度,但形成水质粒的主要微物理过程都表现为:冰晶数密度的增加主要依靠核化、繁生,大部分雪主要靠凝华、撞冻过冷云水和冰晶增长,霰的质量增加主要靠撞冻雪、过冷云水和雪自动转化而来,大部分的雨水是由霰融化而来,因而此次冷锋降水机制表现为“水汽—雪—霰—雨水”。     

层状云降水微物理过程的雨滴分档数值模拟#

通过建立层状云雨滴的分档模式,对中国北方常见的三类典型层状云降水形成的微物理过程以及冰粒子在降水形成中的作用进行了数值模拟。结果表明,对于由冰粒子驱动的降水过程,由于高空冰粒子的增长降落表现出一种准周期变化过程,导致与之相关的云水含量,雨水含量也出现准周期性的演变,这种演变在雨滴分档模式中能够较好地反映到降水过程中。     

层状云降水微物理特征及降水机制研究概述

层状云是中国北方大部分地区降水的主要云系,采用综合观测资料的分析研究并结合最新的数值模式对层状云特征和降水机制进行深入研究很有必要,也是含后工作的方向。描述了层状云的种类、特点,通过分析机载PMS(粒子测量系统)资料和地面雨滴谱资料介绍了国内外在层状云云滴谱、冰晶谱、雪质粒谱、雨滴谱、云中质粒总谱等微物理特征方面的研究方法及成果,还介绍了国内外在层状云降水机制方面的研究方法及成果,包括层状云降水数值模拟以及暖云降水机制和冷云降水机制研究。     

不同天气系统层状云微物理特征个例分析

利用PMS粒子测量系统和机载温湿仪观测获取的吉林省2007年5月15日高空槽和5月28日冷涡天气下降水云垂直探测资料,对比分析了两次不同天气系统下形成降水过程中云系的宏微观结构特征。结果发现,高空槽影响下的As云中云滴数浓度最大值比冷涡影响的As-Sc云系高一倍;液态水含量方面,高空槽系统下As云中在0℃附近取得最大值,冷涡系统下As-Sc云系中,最大值出现在上层As云中-4.8℃左右处。高空槽系统影响下的As云中,FSSP-100、2D-C和2D-P探测到的粒子数浓度、含水量和平均直径随高度呈不均匀性分布;而冷涡影响的As-Sc云中,FSSP-100测得As云中粒子平均直径远大于Sc,2D-C和2D-P探测到的上层As云中粒子浓度和液态含水量分布相对均匀,而下层Sc中粒子浓度、液态含水量值和平均直径都很小,这是由于云层之间存在干层,使As云中的部分大云滴和雨滴在下降过程中迅速蒸发,不利于降水形成。不同高度层FSSP-100测得的粒子平均谱分布均差异较大。对云中可播性进行研究,结果发现高空槽影响的As云中可播区均为强可播区,冷涡系统影响的As-Sc云中可播区的1/2为强可播区。     

层状云飞机增雨催化剂用量研究

催化用量和催化云的温度场、水汽场、动力场、背景水凝物粒子数浓度和谱分布密切相关。根据层状云中催化层过冷云水量、冰水面饱和水汽密度差、增长形成的冰晶群平均质量、催化剂有效扩散空间、催化剂成核率,给出了催化用量的计算公式。选用尺度为50、100和150μm等效水滴质量表示不同核化增长环境的冰晶群平均质量,对于同质核化,催化剂成核率取为1012(个.g-1),对于异质核化以-6℃-、8℃-、10℃为例,计算了催化用量。计算结果和广泛采用的经验用量吻合。比较后发现,国内飞机增雨的实际催化用量明显偏低,应当引起重视。     

华北层状冷云降水微物理特征及人工增雨可播性研究

利用DMT探测平台对2009年3月11日山西云降水观测外场试验区的一次云降水过程实施了综合探测,综合分析了此次云降水过程的宏微观物理特征。计算了云中过冷水含量距0℃层高度（1500m）的垂直分布：云中过冷水含量最大值出现在0℃层高度以上400 m处,其最大值为0.416 g·m^-3,之后随着距0℃层高度的增加,云中过冷水含量迅速减小,到0℃层高度以上600 m处基本为最低,之后直到云顶,云中过冷水含量维持低值。CDP探头探测的云中粒子浓度以及CIP探头探测的云中大粒子浓度应作为判别云中可播度的两项主要指标,CDP探测的粒子浓度不小于30个·cm^-3的云区才具有一定的可播度,其中CIP探测的大粒子浓度小于10个·cm^-3时,可确定为强可播区。云滴浓度随高度变化呈多峰分布,云中粒子谱型主要为双峰或多峰型。此探测过程中典型区域的粒子谱中均出现第二峰值的区段,分析表明只有当云粒子浓度不小于30个·cm^-3时,相应云区才具有一定的可播度。     

云南省积层混合云微物理特征飞机观测

2017—2020年利用运-12和空中国王-E350飞机搭载的国产云粒子测量设备在云南开展了76架次积层混合云观测, 数据分析表明:云南的云粒子数浓度远高于华北地区, 云粒子(直径为2~50 μm)数浓度平均值为339.7 cm-3, 最大值为1067.6 cm-3, 平均含水量为0.181 g·m-3, 最大值为2.827 g·m-3, 有效直径平均值为11.2 μm, 最大值为34.6 μm。云粒子谱呈负指数双峰分布, 主、次峰值分别出现在4 μm和10 μm处。云粒子数浓度、含水量和消光系数随高度呈明显分层特征, 有效直径随高度变化不明显, 反射率因子在3.4 km高度最大。暖云区200~1500 μm范围的雨滴粒子平均含水量为0.183 g·m-3, 最大值为4.247 g·m-3, 200~6000 μm范围的雨粒子平均含水量为0.406 g·m-3, 最大值为8.917 g·m-3。不同含水量条件下的云粒子谱宽不同, 随着云中含水量增加, 云粒子谱变宽。西南夏季风爆发后, 暖云区的小云粒子增多, 大云粒子减少, 开展暖云区人工增雨作业有利于提高人工增雨效率。