水滴合并、反跳和破碎的实验研究

设计一种用于研究水滴碰撞过程的小型垂直风洞,采用高速摄影技术可分析水滴碰撞后出现的各种现象。实验的结果表明碰撞后可出现:(1)合并,包括在尾流区的合并,指出连接结构以及碰撞角和碰撞速度的影响;(2)反跳;(3)暂时合并;(4)破碎,包括(?)铃式和袋式破碎以及破碎后大、小水滴之间的再碰撞。     

扁椭球形雨滴和冰粒后向散射实验与理论研究

本文介绍了对扁椭球形雨滴和冰（雹）粒散射能力的实验模拟和测量技术，报告了一个系列扁水(冰)椭球后向散射截面的实验测量结果；并用扩张边界条件法(EBCM)计算出相应的理论值，用Mie公式计算出等容积球形后向散射截面。将实验结果与理论计算作了综合对比分析，得到了若干有用的结论。     

改进的人工增雨水滴冻结实验装置

介绍一个改进的水滴冻结实验装置,它由冷腔、冷腔温度控制、水滴冻结信号检测及记录、循环散热和冷环境箱等几部分构成.实验时,将被测水样分散为数十个均匀水滴,分布在涂有硅油的冷板上,温度控制系统使水滴温度线性降低.由于每个水滴中所含冰核引发水滴冻结的温度不同,群滴将会陆续发生冻结.利用水滴冻结释放的潜热和帕尔帖效应,在笔式记录仪上自动地连续给出水滴冻结事件的脉冲信号.对某种水样进行多次的冻结实验得到其水滴冻结温度谱,按Vali给出的方法可以推算该水样中冻结核含量.用该装置曾对北京地区各类降水做过冻滴实验,结果表明不同降水的冻结核浓度的温度谱有明显差异.如能对播云催化作业前后的雨水进行采样并在此装置中进行冻结核浓度的检测,有望为人工影响天气效果的检验提供一个新的物理判据.     

降温速率对三种类型水滴冻结过程影响的实验研究

大量实验研究表明,水滴的异质冻结既与所含冰核有关,又包含一定的随机过程。本研究一方面对已有的实验研究结果进行验证,同时寻找水滴冻结与温度及时间的定量关系,检验随机假设和奇点假设的相互作用。选用雨水、纯净水和瓶装饮用水3种水样,采用中国气象科学研究院的均匀水滴冻结实验装置,对3类水样做了不同的恒定降温速率实验,并对雨水进行了恒温实验。结果表明,总体来看,随温度降低,降温速率慢的液滴累加冻结比例高于降温速率快的液滴,并且在纯净水和瓶装饮用水中更明显;降温速率越大,平均冻结温度和中值冻结温度越低,不同的是雨水的值跟降温速率成对数关系,而瓶装饮用水的值与降温速率成线性关系(纯净水因为只有两种降温速率,故不能确定是哪一种关系);不同水样的冻结几率随温度的降低指数增大,而瓶装饮用水冻结几率函数中指数前的系数随降温速率的增大指数减小;恒温阶段,雨水的冻结几率随时间指数衰减,在恒温的前2 min衰减较快,之后减慢,并且水滴冻结在前2 min发生较多,之后变的很少,15 min之后则没有冻结事件发生。该现象可以用随机假设和奇点假设结合起来解释,当温度达到或低于特征温度时,水分子在冻结核上的聚合需要一段时间,所以造成了在恒温阶段出现水滴冻结的现象。水滴冻结是两种假设的共同作用。     

激光雷达后向散射研究

介绍了激光雷达在气象上的作用,并在使用光子计数法的基础上利用激光雷达方程计算出了在不同高度处大气的后向散射光子.为进行激光大气探测奠定理论基础.     

冰晶生成的机制和干冰球的蒸发

本文讨论了在干冰球附近冰晶胚胎生成的机制,并研究了干冰球在过冷云中蒸发的过程。和实验的结果比较,得到一致的结论。     

球锥扁椭球冰粒后向散射实验与DDA计算研究

采用实验室观测和DDA法理论计算，分别获得了球锥扁椭球形冰粒对3.2、5.6和10.7cm三种波长极化波的后向散射特性数据。结果表明，测量资料和计算数据具有很好的一致性。球锥扁椭球形冰粒的后向散射截面大小不仅依赖于其尺寸（等容半径）而且受其形状影响，“差反射率雷因子ZDR”与粒子形状参数“水平-垂直尺度比”呈很好的线性正相关。这是利用双偏振雷达探测识别球锥扁椭球形冰雹的依据。     

水滴冻结实验测量降水物中的冻结核含量

文中介绍了一套新研制的均匀水滴冻结实验装置 ,实验水滴与周围环境同步冷却 ,其温度梯度很小 ,可控制降温速率 ,并能自动记录冻结事件 ,从而提高了实验的精度。用此装置对北京地区 1995年底至 1998年出现的各类降水样品进行了实验 ,由水滴冻结温度谱推算了降水的冻结核浓度 温度谱 ,并对结果进行了分析和讨论     

利用实验资料检验扁椭球形雨滴和冰粒后向散射DDA算法

简要介绍了DDA法理论，并根据后向散射截面测量实验所选用的扁椭球形粒子，运用DDA法计算了它们在微波段，电磁波垂直于粒子旋转轴入射情况下的后向散射截面。经过对比，DDA法计算结果与实验测量资料一致性较好。同时评价了DDA算法计算的特点，分析了扁椭球雨滴和冰粒的后向散射特性并描述了实验测量技术。     

连续流扩散云室中水滴增长的研究

利用连续流扩散云室研究了在已知尺度的NaCl气溶胶上水滴的增长。记录云室中水滴沉降的距离并与用计算机得出的理论值进行比较。应用Fukuta和Walter水滴增长理论并取热调节系数为1,得出凝结系数值为0.01。     

大气电场中水滴表面电应力的理论计算及实验探讨

在雷雨云中,雨滴在强电场作用下产生变形和破碎的放电过程,是与闪电的形成和发展密切相联系的。因此,大气电场中水滴表面应力的理论计算和分析,是受到广泛重视的研究课题。1964年泰勒(Taylor,G.I.)分析了电场中水滴破碎的问题,在泽伦(Zeleny,J.)、威尔森(Wilson,A.T.)和麦基(Maocky.W.A.)、罗兰(Nolan,P.J.)等人工作的基础上,提出了水滴呈旋转长椭球和呈圆锥状突起时的应力平衡方程。在泰勒等人的工作中,对水滴表面所受电应力的计算分为两种情况。一是水滴本身带电,而无外电场:另一是有外电场,但水滴本身不带电。显然,实际大气还存在既有外电场,同时水滴又带电荷的第三种情况。本文针对上述问题,提出了在均匀电场中,存在长椭球状带电水滴时,在水滴外空间的电势分布表达式,并给出水滴表面电场强度和所受电应力的计算公式并对有关实验进行讨论。     

电场中冻结水滴表面霜枝生长及其起电的实验

本文主要对在电场中,冻结水滴表面霜枝生长过程的起电进行了实验。测得起电量在10~(-1)—10~(-2)e.s.u之间,比水滴冻结起电要大一到两个量级,这么大的起电量,对研究雷暴云中的起电机制有一定的意义。     

水滴重力碰并增长近似公式的研究

一、引言在降水机制或滴谱形成理论的研究中,无论是积状云还是层状云;无论在均匀条件下或是起伏环境中,都不可避免地要涉及到水滴重力碰并增长问题。在许多理论研究和模拟实验中,考虑水滴重力碰并增长过程,都要用水滴增长到某种大小所需的时间。但由于水滴下落末速度与其直径间的解析关系至今不明确,因而,在重力碰并下,水滴增长到某种尺度所需的时间也不能用解析式表达。这给降水机制,滴谱理论等的深入研究造成一定的困难。例如,在起伏条件下,经     

山东中西部后向发展雷暴初步研究

基于山东济南新一代天气雷达多年资料,首先提出后向发展雷暴的概念,并规定了普查标准。通过普查2005—2012年8年济南多普勒天气雷达资料,选取了75个后向发展雷暴个例,分析了山东中西部后向发展雷暴的统计特征,给出了常见的3种后向发展雷暴概念模型。选取典型个例,分别对3种类型后向发展雷暴的演变方式及其物理机制进行了初步分析,为山东中西部后向发展雷暴的生成和演变提供了初步的认识。结果表明:(1)后向发展雷暴主回波以带状为主,生命史1—5 h,最大反射率因子在50 dBz以上,移动路径有西—西北、西南、原地新生3种类型;(2)新回波初生时间发生在16—17时(北京时)最多,初生地点在鲁西北和鲁中山区一带,强度一般在30 min内超过40 dBz,生命史在1 h以上,74.7%的新生回波与主回波合并或连接;(3)山东省中西部具有后向发展特征的对流系统产生的灾害性天气以冰雹和雷暴大风为主,很少伴随暴雨灾害;(4)新回波的源地特征可以分为随主回波移动、沿同一方向延伸以及位于两雷暴群之间3种类型;多个雷暴群共存时,新回波的源地介于两个回波带之间,使二者逐渐趋为一体;(5)当主回波传播方向与其长轴相交时,其长轴方向转向,距离新回波较远的一侧减弱;当主回波传播方向与其长轴方向一致,新回波源地位于主回波长轴的延长线上时,主回波加强;(6)天气尺度系统为后向发展雷暴提供了条件不稳定的大气层结和丰富的水汽,地面辐合线和冷池前沿阵风锋是产生新雷暴的主要抬升触发机制;适当的低层垂直风切变有利于新雷暴持续产生并加强;地形的阻挡使新回波源地在同一地点停滞,冷池阵风锋在低层风引导下沿地形向下游移动,新回波源地也随之移动。     

大气中水滴降速的计算

本文从理论上推导了流体介质中球体降速υ随其半径r的变化形式υ=α。其中a、b为简化运动方程时引进的二个待定常数,由大气中水滴降速的实测资料确定,其值为a=0.53563、b=1.37358。由此式计算的最大相对误差为24%。比较了这一半理论公式与他人经验公式各自的特点。推荐了三组形如υ=A之新的统计公式,它们分别将r=0～2900μm分为三、四、五段,对应的计算最大相对误差分别为11%、7%、4%。     

旋转扁椭球水滴散射特性的快速算式研究

利用DDA(Discrete Dipole Approximation)算法产生的旋转扁椭球水滴散射特征数据进行了多项式拟合,以3.2mm波长为例,给出了两种偏振状态下后向散射和衰减效率的快速算式。对比分析了快速算式结果和DDA数据的独立样本,结果表明,快算结果的绝对相对误差在5%以内,而耗时仅用DDA算法产生这些数据所用时间的10-6量级。所得结果可直接用于云降水区含扁椭球形水滴情况下的雷达回波模拟、雷达资料定量处理和毫米波雷达的衰减订正等,此方法还可用于其他波长、形状的水滴和冰晶。     

对非球形冰晶94 GHz云雷达后向散射和衰减的研究

针对94 GHz毫米波云雷达的数据处理,基于离散偶极子近似法(DDA)计算了几种非球形冰晶的后向散射及衰减效率,探讨了不同冰云模型下冰云的雷达反射率因子(Z_e)和衰减系数(k)及冰水含量(IWC,记作W)的关系。结果表明:(1)形状对冰晶的散射及衰减效率与粒子大小有关。(2)在实际的冰云中,将六角形冰晶和椭圆冰晶看做同体积的球形粒子将低估其衰减和后向散射。将聚合物冰晶看做等体积球形,将高估其后向散射及衰减,子弹花冰晶的后向散射与同体积的球形相比有减小也有增大,但是衰减比同体积球形的小。(3)冰云模型对Z_e-k、Z_e-W关系具有较大影响,假设滴谱相同的条件下,得到了具体冰云模型下对应Z_e-k、Z_e-W关系的系数。这些探讨为我国W波段云雷达的数据处理提供了参考。     

浪花和飞沫水滴在海面大风边界层中的垂直传输

对我们在南海海域建立的大气边界层观测站的资料进行分析表明,在冷涌和热带气旋（包括强台风）过境的大风期间,在边界层底层10 min平均的水平风速u基本不随高度而变,甚至大都伴随有明显的上升气流w。而且风场脉动中含有强相干性的阵风扰动（ v _g,频率位于1/60~1/600 Hz频段）,以及近于随机性的高频湍流脉动（ v _t,频率大于1/60 Hz）,它们的特性以及w都可以很好地用水平风速u来参数化表示。取实测的（u,w）和脉动 v '= v _g+ v _t,或取实测的u与参数化的 v _g、 v _t和w,应用拉格朗日随机模式作数值模拟,结果表明:由破头浪发射出来的浪花和飞沫水滴（半径r_p为10~500 μm）有相当大的一部分可以飞离大气底层而进入100 m高以上的大气中,继而对进入大气中的海盐气溶胶通量有重要贡献,不可以被忽略。在水滴的垂直传输过程中,阵风扰动起了极重要的作用,而在w>0且较显著时w更起重要作用。我们对上扬率（可上升至100 m以上高度的水滴数与由海面发射出的水滴数之比）作出了初步的参数化公式,有很高的精度,主要的参量是无量纲量u2/（r_qg）,其中r_p和g分别是水滴半径和重力加速度。     

“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。     

关于大气中电磁场对液体水滴箍缩效应的研究

在雷暴事件中,根据大气电学的考虑,在强烈发展的对流云中,足够量的空间电荷的积聚,会形成分离的电荷中心,进而形成电场。它对在其中被极化了的水滴具有很好的箍缩效应。极有利于云滴间的碰接、碰并,发生竖直方向的伸长形变,极有利于水流两端的发散及大气垂直对流。