方差不相等的双样本回归分析

在人工降水试验效果的区域雨量回归分析中,当余方差不相等时,通常的多个事件检验法就不适用。本文在Welch检验法的基础上,提出了余方差不相等时适用的双样本回归分析方法,并且指出,我们根据双样本回归分析提出的统计量(19),当余方差相等时要比多个事件检验法的统计量(6)有效。 利用双样本回归分析,对福建古田地区人工降水随机试验的效果进行评价。结果表明,人工降水引起的目标区平均相对增雨量随着对比区自然雨量的增大而减小。当对比区为小雨(x′<2毫米/小时)时,催化效果显著(α=0.05),相对增雨量达20—81％,但绝对增雨量不大。只有0.44—1.15(毫米/3小时),而当对比区雨量x′>2.8(毫米/小时)时,催化效果就不显著。     

福建省古田水库地区1975—1984年人工降雨效果统计分析

本文对福建省古田水库地区1975—1984年十年人工降雨区域回归随机试验效果进行统计分析。十年共进行228次随机试验,其中催化113次,统计结果表明平均相对增雨29.49%,绝对增雨1.45mm/小时(α<0.0005)。按云型、作业云回波顶温度、自然雨强等进行了分类统计,对有利的催化条件也进行了分析。     

古田水库地区人工降水试验效果统计分析

1975年和1977年4—7月,在福建古田水库地区进行了由小火箭携带介乙酸(MA)和碘化银(Agl)播云的人工降水试验,采用区域回归随机试验方案,利用统计方法检验效果。试验对象主要是系统天气影响下的降水性层状云和积状云,以三小时时段为试验单元,总共进行了62次随机试验,其中实际作业31次,对比试验31次。试验结果平均增加目标区雨量达40—78.7％,显著性水平α<0.0025。有效区域的范围可延伸到作业点下风方40—60公里远,层状云和积状云的有效范围区是不同的。对比区自然雨量强度小时,试验效果好,随着自然雨强的增大,效果变差。MA和Agl两种催化剂的播云效果,差异不显著。     

2006年北京市人工增雨作业效果统计分析

利用区域历史回归方案对北京市2006年人工增雨作业效果进行统计评估,选择区域平均日雨量作为统计变量,北京市2006年共有43个催化作业日,其中41个为增雨作业日,作业区域位于北京市北部,面积大约为100 km×50 km.评估结果表明,北京市2006年人工作业相对增雨13%,绝对增雨39 mm,但增雨效果不显著.本文根据催化技术状况对作业日进行分类统计分析,得到21个地面催化充分作业日相对增雨34%,显著度较高,u检验达0.019;29个地面和飞机催化充分作业日相对增雨37%,u检验显著度为0.022;8个飞机作业日相对增雨48%,增雨显著度较低;12个催化不充分作业日相对减雨49%;2个过量播撒消雨作业日相对减雨12%,结果也不显著.分类统计分析表明,对目标区进行充分催化是获得好的催化效果的前提.     

江西省对流云火箭增雨作业个例分析

利用基于日雨量和小时雨量资料的区域历史回归分析方法和基于雷达探测的作业云体单元和对比云体单元的时间序列对比分析方法对江西省两次对流云火箭增雨作业个例进行综合分析,结果表明:两次增雨作业的区域历史回归分析结果均为正效果,且均通过显著性水平检验,但使用日雨量资料和小时雨量资料分析得到的增雨效果差异较大,原因可能是两种雨量资料的时空分布差异较大,火箭作业期间两种雨量资料包含的时间长度不一致;利用雷达探测资料,基于相似理论找出与作业云体单元最相似的对比云体单元,对比分析作业云体单元和对比云体单元在作业前后雷达探测的5个物理量的时间序列变化发现,两次增雨作业中,作业云体单元的5个雷达探测物理量相对于对比云体单元出现了明显的正偏离现象,其中作业云体单元回波体积增加趋势最为突出,增雨效果的物理证据明显。两次对流云火箭增雨作业的雨量区域历史回归分析的正效果与雷达探测的作业云体单元和对比云体单元作业前后时间序列变化的正偏离现象互为印证,较好地展示了对流云火箭作业的增雨效果。     

X波段移动天气雷达产品在人工增雨中的应用

2020年5月19日四川省绵阳地区实施了一次人工增雨作业,利用X波段移动天气雷达产品,对作业前后雷达回波和地面降水资料进行了对比分析。结果表明：反射率因子大于20dBz、垂直累计液态水含量（VIL）达到 0.3kg/m² 以上时,云层具备较好的降水条件,有利于实施人工增雨作业;增雨作业后,反射率因子最大强度、平均强度和降水回波面积都明显增大,回波中心 VIL 显著上升;利用对比区和影响区降水资料分析得到相对增雨率为 18.9%,绝对增雨量达 6.2mm,作业催化取得较好效果。     

盐粉催化不同生命史的浓积云的数值模拟

用改进的一维时变参数化模式计算了浓积云自然发展和盐粉催化过程.在不同的地面温度条件下积云的动力过程和自然雨量有显著差异,其催化效果也不同.一般的自然降水浓积云,其动力过程演变较快,雨量较小,催化增雨量则较大,可达50％以上.动力过程长期维持的自然降水云,雨量较大,而催化增雨量较小,个别情况下催化后雨量稍减.自然不降水的浓积云催化后可能产生降水.它们的动力过程越稳定,催化后的雨量越大.文中还讨论了增雨机制,对盐粉的最佳粒度、剂量、播撒时机和部位也作了一些数值试验.     

海南岛西部山区人工催化暖底积云随机化效果检验

2015—2016年在海南省昌江县霸王岭开展地面暖云烟炉随机化人工催化效果检验,共取得催化和未催化试验样本34个。利用TITAN风暴追踪系统结合自动雨量资料进行统计和物理效果分析。结果表明:催化样本影响区平均增雨量为3.36mm/2h,未催化样本平均增雨量为2.97mm/2h,催化比未催化样本平均增加雨量0.39mm,相对增加11.4%,显著性分析差异显著;对于增长阶段的积雨云,催化样本反射率增强、含水量增大、回波顶高升高;处于减弱阶段的积云,多数催化样本回波减弱趋势趋缓。     

山东济宁地区人工增雨效果检验

利用国内外普遍应用的区域雨量对比和历史区域回归试验2种增雨效果统计检验方法,分析适用于山东济宁地区人工增雨效果检验的评估方法。运用区域雨量对比试验计算出2次稳定性降水过程增加的降水量,运用历史区域回归试验法计算了2006~2009年济宁地区人工增雨作业的平均增雨量,对2月和4月的增雨效果进行了对比分析。结果表明:效果检验方法的不同导致人工增雨的降水量增加效果差别较大,利用区域雨量对比方法对济宁地区人工增雨效果评估非常实用。     

基于区域历史回归法的雷州半岛火箭增雨作业效果检验

利用ERA5再分析资料,区域自动站雨量资料以及双偏振雷达基数据,采用区域历史回归方法,对2020年7月4日雷州半岛火箭人工增雨作业进行物理检验和统计检验。结果表明:作业后作业区域云系云冰含量大幅增加,强回波区面积增大,回波顶高度升高,平均回波强度显著增加。选取1971—2000年作业影响区和对比区逐年7月的平均日降水量资料作为历史样本建立回归公式,结合作业当天区域自动站的雨量资料,计算得出日降水量和作业后3 h累积降水量的绝对增雨量分别为11.07 mm和2.32 mm,相对增雨率分别为51.08%和38.73%,均通过了置信水平为α=0.05显著性检验。因此,雷州半岛开展人工增雨作业对缓解气象干旱,满足水库蓄水等有重要意义。     

1975—1986年古田水库人工降雨效果总分析

本文对福建省古田水库地区1975—1986年人工降雨试验效果进行总评价.12年共进行244次随机试验,三种不同的统计分析方法(区域回归分析法、双比分析法和多元回归分析法)均表示122次催化平均相对增雨在20％左右,显著度高于5％水平.此外,按云型、天气条件、雷达回波顶温度分类统计,为选择有利作业条件提供科学依据.云和降水物理观测(冰核、雨水中银离子含量、雷达回波和雨滴谱)及数值模拟的工作,其结果为人工增雨统计结论提供某些初步物理学解释.     

基于飞机真实轨迹的一次层状云催化的增雨效果及其作用机制的模拟研究

层状云降水效率通常较低,但却具有较高的云水资源开发潜力,是人工增雨作业的重要对象.随着中国南方地区生态改善、水库增蓄、抗旱等社会需求的增加,针对这些地区降水云系的人工增雨研究显得愈发重要.使用三维中尺度冷云催化模式,对2018年10月21日湖北省一次层状云飞机人工增雨作业过程进行了数值模拟研究,并将模拟结果与卫星、降水...     

层状云催化宏微观物理响应的数值模拟研究

层状云系是进行人工增雨开发利用空中云水资源的重要对象,增雨作业需要有科学可行的技术指标来指导实际作业的科学实施,而合理准确评估人工增雨作业的效果也是需要解决的重要课题,通过数值模式合理地仿真模拟实际催化作业的过程,进而研究增雨作业后云和降水的一系列宏微观特征的变化及其机理,是建立和改进催化作业技术的必要途径,也是评估实际人工增雨作业效果的有效手段。本文使用三维中尺度冷云催化模式对2014年4月15日河北省一次层状云降水的飞机催化作业过程进行了仿真模拟,力图对实际作业过程进行合理再现,通过对模拟结果的分析,研究飞机播撒的AgI（Silver iodide）催化剂在空中的扩散传输特征,分析催化对云和降水宏微观特性的影响,并对此次飞机催化作业的增雨效果进行评估。研究结果表明,播撒的AgI催化剂烟羽扩展的水平尺度可达数十公里以上,垂直方向上,大部分AgI粒子则主要集中在作业层上下约1 km的厚度范围内,AgI粒子的向上输送明显强于向下的输送;催化后云中的冰晶和雪粒子明显增加,导致催化模拟前期的霰增长受到抑制,之后随着霰碰并雪过程及零度层附近冰相粒子淞附过程的增强,云中霰的总量逐渐增加;催化作业后,催化云的雷达回波强度有明显增强,且随时间变化表现出不同的结构特征;催化导致地面降水出现先减少后增加的时间变化特征,催化后3小时,作业影响区向作业区下游扩展100 km以上,总体呈现减雨—增雨的区域分布特征;数值模拟评估表明,整个评估区内的净增雨量达到3.6×107 kg,平均增雨率为1.1%,暖层霰粒浓度和尺度的增加是降水增加的主要原因。由于作业目标云系的催化条件一般,而播撒的AgI剂量偏大,造成增雨作业效果偏低。     

一次浙江对流云催化数值模拟试验

为了研究吸湿性催化剂、碘化银催化剂及两者的联合催化效果,利用双参数三维对流云催化模式,对浙江南部一次对流云降雨过程分别进行盐粉暖云催化、碘化银冷云催化和冷暖混合催化试验,对比研究不同催化方案对对流云降雨的可能影响。结果表明:盐粉催化导致先增雨后减雨,主要通过盐溶滴与云滴碰并增长,及雨滴碰并和霰粒子碰冻过程消耗。在上升气流区和降雨前期进行催化的增雨效果更好,30 μm粒径的盐粉催化剂量为12.5/L时,可增加降雨量17.8%。在降雨过程的不同发展阶段进行AgI催化,表现出先减雨后增雨的催化效果。盐粉和碘化银的联合催化,由于两者催化效果的不同步,使得不同吸湿性催化剂和碘化银催化剂量配置会导致不同的催化效果。当30 μm的盐粉,催化剂量12.5/L,联合碘化银100/L的冷区催化,可取得19%的增雨效果。     

减弱对流云降水的AgI催化原理的数值模拟研究

在对流云模式中增加了AgI两个预报量,耦合了考虑受水汽过饱度和温度影响的4种核化机制的AgI催化模块,使其具备了对AgI类催化剂的模拟能力,能够研究AgI类催化剂对对流云系统的影响。利用该模式对一次华南对流云降水过程进行了AgI催化数值模拟试验,对人工减缓对流云降水的可能性及原理进行了研究。模拟结果表明,在适当的时机对适当的部位进行大剂量的催化,可以减少总降水量,也可以减少最大降水中心的雨强。当催化浓度达到2×10~8 kg~(-1)时,可以减少32%的降水量,具备有效减缓对流云降水的可能性。大剂量催化后,大量的AgI粒子在冷区核化后,消耗了大量的过冷水。催化后霰粒子的落速和雨水的落速减小。催化阶段由于霰融化成雨水减少而使降水减弱。催化结束后在霰融化成雨水增多的情况下,雨水的蒸发大幅增加,从而导致了降水量的持续减少。AgI在模拟的强对流云中主要以受过饱和度影响的凝结冻结和催化剂长时间作用的浸没冻结这两种方式成核。研究所用催化方法在外场作业中具有技术可行性。     

商丘地区高炮增雨效果分析

用不同统计单元统计分析了河南省民权县１９９１－１９９２年高炮作业的增雨效果，以日雨量为统计单元，３３个作业日中７６％（２５天）显著地增加了雨量，２年共增雨３２９．１ｍｍ。以月，季为统计单元，作业期间增雨显著的４８％以上，而增雨效果不显著或雨量减少的２１％以下，但总的看，以年雨量统计单元，民权县的人工增雨作业年均增雨１４％两年共增雨的１７２．２ｍｍ。     

一次降雹过程的AgI系列催化模拟研究

云数值模拟是研究降雹过程和人工防雹试验的重要手段。利用三维冰雹云AgI催化模式,对北京1996年6月10日的一次降雹过程进行AgI不同催化高度、催化剂量和催化时间的系列催化模拟试验,并优选催化方案,为外场防雹设计和作业提供依据。在催化系列模拟中发现,不同催化高度的催化剂均在上升到-5℃高度后开始核化。在2.1~4.9 km高度范围内催化,AgI成核率比较高,防雹效果较好。核化的人工冰晶有效弥补了该高度上自然冰晶的不足。小剂量催化,可在减雹的同时增加部分降雨量,而大剂量催化,在减雹的同时会减少降雨。在催化时间、剂量和高度的系列催化试验中得出,采用在模拟的第15分钟在5 km高度附近播撒AgI,连续4次以5×106 kg-1的催化剂量进行催化,催化效果较好,可减少降雹量约60%,同时可避免降雨量的大幅减少。     

鄂西北对流云及其人工催化的三维数值模拟个例研究

该文把三维对流云模式应用于湖北省西北部地区的对流云降水研究和人工增雨试验设计，并和张家口冰雹云个例的模拟进行了比较。模拟结果表明该地区给定季节的对流云主要特征有云底温度（约26℃)。云中上升气流速度中等（最大约18m/s)，初始回波在较暖区1～-2.5℃)形成，云的回波顶高约13km。前期的暖支降水对地面雨量贡献很大。播云的数值模拟结果显示了初始回波出现后约10min回波项高到达-22℃处时，在温度为-2～-6℃层的支的中心部位引进5×105～107个/kg碘化银冰核，使地面降雨只有身长弱增加。湖北西北部对流云中过冷云水偏少，最大仅5g/kg和3.8g/kg,面且过冷云水大值区温度偏高（-2.5℃).催化后云中最大上升气流和地面格点最大雨量值变化不大，有时减少，后期降雨量增加，下风方雨量增加，分布更加均匀，但总雨量增加不多。     

北京层状云人工增雨数值模拟试验和机理研究

在中尺度WRF 模式的Morrison 双参数方案中引入了AgI 粒子与云相互作用的过程,在WRF 模式中实现了催化功能。利用加入了催化方案的中尺度模式对2008 年3 月20～21 日环北京地区一次层状云系降水过程进行模拟和催化试验。模拟自然降水与实测结果一致,分析微物理特征并在所得分析基础上进行催化试验。研究在不同催化剂量、高度和时刻进行试验对降水的影响。结果表明:以20 g 的碘化银进行催化作业,在催化后的前30min 之内,地面雨量轻微减小,最大累积减雨量为2010 t,30 min 后,净增雨量迅速增加,最大累积增雨量达到了3.4×105 t。催化开始阶段的减雨主要是由于播撒AgI 后,云水减少而雪晶增多,导致雨滴碰并云滴,云滴向雨滴自动转化过程的减少以及雪晶碰并雨滴过程的增多,然而空中增多的雪晶尚未下落到暖区融化成雨滴。而第二阶段的增雨则是空中增多的雪晶逐渐下落到暖区,雪晶融化成雨滴过程增多。AgI 的播撒率对降水量有明显影响,过量催化会使雪晶平均质量减少,下落速度锐减,从而雪融化成雨水减少,导致雨量减弱,不同催化高度和催化时间的催化结果表明在过冷水含量比较丰富而冰雪晶含量偏少的区域进行催化,增雨效果显著。     

催化对降水区域外效应的中尺度数值模拟

The Fifth-Generation NCAR/Penn State Mesoscale Model (MM5) has been used to investigate the extra-area effects of silver iodide (AgI) seeding on stratiform clouds performed at the supercooled layer.A bulk two-moment microphysical scheme and the new software package for silver iodide are incorporated in MM5.Extra conservation equations are applied to trace the seeding agent,which is transported along the flow field and interacts with the supercooled cloud fields.In this study,the model was run using three nested grids,with 3.3 km × 3.3 km horizontal resolution in the finest grid.The model results showed that seeding with AgI at the 5 to 15℃ levels had microphysical effects on the simulated clouds and that the simulation produced a longer-lasting seeding effect because of the transport of the seeding agent by upper-level winds.Most of the AgI particles acted as deposition nuclei,and the deposition nucleation process contributed mostly to additional cloud ice formation in this study.The results showed that more precipitation results from seeded than unseeded case,and the precipitation was redistributed downwind of the target.Augmented precipitation (varying from 5% to 25% downwind) was confined in space to within 250 km of the seeding target and in time to the 3-h period after initial seeding.