河南春季一次层状冷云的微物理结构特征分析

利用2007年3月3日PMS粒子测量系统对河南层状云的探测资料,分析了云的微物理结构特征。结果表明,云垂直和水平分布不均匀特性很明显。在云的中上部,FSSP-100测量的小云粒子(云滴、冰晶)最大浓度为125个·cm~(-1),平均值为21.3个·cm~(-1),平均直径多在6～20μm。2D-C观测大云粒子(50d≤300μm)随高度上升浓度增多,浓度值变化在5.24～192个·L~(-1),平均直径为211μm。此层云中过冷液态水含量变化在0.035～0.118 g·m~(-3),随高度增加过冷液态水含量减少。在云的底部区域,观测到两个逆温层顶的下方分别存在有云水含量的峰值。由不同高度云粒子谱分析表明,在4046～4600 m高度层,粒子谱型有负指数型、单峰型、双峰型和多峰型;0℃层以下融化带内的粒子谱型多为负指数型;云的底部粒子谱型以负指数型和单峰型为主。     

一次降水性层状云微物理过程分析

对2010年5月14日一次降水性层状云的飞机DMT探测资料进行了分析.这次降水形成的主要微物理机制是“播种-供给”过程.冰化层降水尺度的粒子浓度高,高于其他各层.过冷层冰水粒子共存,液态水含量丰富,为冰水转化和淞附增长提供了有利的增长环境条件,是降水增长的关键层.这次降水云系“播种-供给”机制表现充分,但云暖层薄,暖层增长不充分,云底高,蒸发层厚,是不能产生强降水的主要云微物理原因.     

甘肃省夏季层状云微物理特征个例分析

对2004年6月12日甘肃河西地区一次降水性层状云的云物理飞机探测结果进行了分析,通过对云中粒子的浓度、直径、二维图像以及谱型变化地研究,并结合宏观观测记录,详细分析了云系的垂直和水平微物理特征.观测资料分析表明:此次云系为Ac-Sc结构,上层Ac云为纯冷云,下层Sc云为纯暖云,两层云之间存在较厚的干层.云中微物理量的垂直和水平变化均具有明显的不均匀性,整个探测过程中,FSSP-100所测云粒子的浓度和平均直径变化范围分别为0.1～-232.6cm-3和3.5～45.5μm,OAP-2D-GA2所测云粒子浓度及平均直径变化范围分别为0.01～116.7cm-3和32.2～995.7μm.粒子二维图像表明,上层高积云中冰相粒子的凇附、粘连现象普遍,说明云中存在较多的过冷水.图像及谱型分析表明,6000m以上某些区域有冰晶高浓度区存在,大量冰晶的成长消耗了云中过冷水,不利于大云粒子的形成和成长;这次降水雨滴主要由纯暖性Sc云中暖云成雨过程形成,冷云过程只在Sc云顶附近有一定作用,本次降水主要机制为下层层积云中的暖云过程.     

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.     

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。     

西北区一次联合探测层状云系云物理特征分析

对2003-09-17我国西北地区东部层状云降水天气过程的层状云系进行了联合探测。经观测对比分析发现：对同一天气系统开展多省联合探测．对认识云系发展变化、结构特征及降水潜力很有帮助；同一条锋面云系由于流场结构的差异，其不同位置的云层结构、温度、湿度、水汽含量存在一定差异；陇东和陕北虽然同处于副高西侧的偏南气流里，但是，低层天水处于反气旋区，抑制了水汽辐合，而延安处于横切变右侧的气旋性辐合区，有利于低层水汽辐合上升，促使该地区云系发展加强，其过冷层厚度大于天水地区；PMS粒子测量系统测得在整个过冷层中，小云粒子的数浓度平均值天水比延安少1个量级，2D—P测出延安的粒子谱较宽，说明上述条件下天水地区人工增雨潜力较小．延安地区相对条件较好，人工增雨潜力大。     

内蒙古中部地区一次典型层状云的云微物理结构特征分析

文章利用机载云粒子探测设备对2020年9月13日在内蒙古地区探测获得的一次云飞行个例资料,通过分析云内微物理结构特征发现飞机在爬升阶段和下降阶段云滴数浓度(N_c)和液水含量(LWC)存在明显的起伏,说明云系在垂直方向不均匀,同时发现云内的N_c与LWC的变化趋势较为一致,云滴有效半径(ED)最大值出现在4000～5000 m高度附近,显示在该高度区间为云滴尺度增长的主要部位;分析云滴谱发现,小粒子段谱线高于大粒子段,是由于云内主要为凝结增长过程,小云滴的增长速度远快于大云滴;同时由于云内上升气流作用,在3500 m以上存在LWC和ED随高度逐渐增大的趋势且存在峰值,因此云滴谱显示高层尺度较大的云滴多于低层;并且通过对云滴谱离散度(ε)的计算,讨论ε与N_c的关系发现,在N_c较高时ε出现整体收敛,并且随着LWC的增大,ε与N_c的负相关关系逐渐明显。     

一次延安层状云微物理结构特征及降水机制研究

利用PMS资料对延安2003年9月17日降水性层状云各高度上的粒子特征量和粒子谱进行了分析研究,结果表明,降水性层状云宏微观垂直结构配置或云粒子主要特性可以分为5个层次。过冷水滴和冰晶共存层存在,冰晶快速增长,此层的存在可能是发生降水的关键;在0℃层以下,存在比较深厚的云滴浓度小、含水量较小的小云滴层,应是导致地面雨强较小的重要因素之一。     

甘肃中部降水性层状云微物理结构特征个例分析

利用机载PMS粒子探测系统对2006年8月27日甘肃省中部一次降水性天气过程进行空中观测,对云中微物理特征进行了分析。研究发现云层中小粒子对含水量的贡献较大,云层主要以平均直径小于20μm的小云滴为主。在低层云滴浓度和含水量大于上层,而平均直径小于上层,符合"播撒-供给"降水机理,云上部主要增长方式有凝华增长、淞附增长,在云下部主要增长机制是碰并增长。     

河北一次层状云系降水的微物理机制数值模拟与分析

利用一维层状云模式,详细分析了2009年5月1日中国中东部地区一次层状云系的微物理结构和降水过程。结果表明：此次降水为层状云系降水,云系垂直结构符合顾震潮三层概念模型和“播种云-供给云”机制,其中第一层（上层：4.7-7.0 km）存在冰雪晶,雪主要通过冰晶自动转化和凝华增长。第二层（中层：2.6-4.6 km）有冰晶、雪、霰、云水、雨滴,此层贝吉龙过程作用明显。第三层（下层：1.3-2.5 km）主要粒子为云滴、雨滴、从上层融化的雪和霰,霰的融化对于雨滴的形成贡献最大。云体发展成熟时,各层之间存在一定的播种－供应关系,如第一层向第二层顶部播撒雪和冰晶,第二层向第三层顶部播撒霰和雪。     

华北春季降水性层状云中冰相粒子形状分布

为了获取华北春季降水性层状云中冰相粒子形状分布及其在降水发展中的变化,利用机载云粒子成像仪(OAP-CIP)在三次层状云降水天气过程中所测粒子图像资料,分析了不同降水阶段不同温度区间内不同粒径范围下的冰相粒子形状分布特征,并研究了影响云中冰相粒子增长变化的关键微物理过程。结果表明：在降水发展早期,云中冰相粒子形状分布以霰和线形状为主,在500μm以上粒径统计中,这两者的出现频率分别在20%和40%以上;聚合状粒子除了在0～-4℃的温度区间内出现频率在10%～20%之间,其他温度区间内出现频率均在10%以下;云中粒子增长以凝华和凇附过程为主。在降水成熟阶段,霰和聚合状粒子是两种主要粒子形状,其出现频率在25%以上;线形状粒子在0～-4℃和-4～8℃温度区间内出现频率在10%～20%;板状粒子的出现频率在5%～15%;不规则状粒子在125μm粒径以上的粒子数统计中出现频率在10%以上,但其他粒径段则在10%以内且随统计粒径增大,其出现频率降低;云中粒子增长在凝华基础上以凇附和碰并聚合为主。     

The Microphysical Characteristics of Wintertime Cold Clouds in North China

The microphysical characteristics of wintertime cold clouds in North China were investigated from 22 aircraft observation flights from 2014 to 2017, 2020, and 2021. The clouds were generated by mesoscale weather systems with little orographic component. Over the mixed-phase temperature range (–40°C to 0°C), the average fraction of liquid, mixed-phase, and ice cloud was 4.9%, 23.3%, and 71.8%, respectively, and the probability distribution of ice mass fraction was a half-U-shape, suggesting that ice cloud was the primary cloud type. The wintertime mixed-phase clouds in North China were characterized by large cloud droplet number concentration, small liquid water content (LWC), and small effective diameter of cloud droplets. The main reason for larger cloud droplet number concentration and smaller effective diameter of cloud droplets was the heavy pollution in winter in North China, while for smaller LWC was the lower temperature during flights and the difference in air mass type. With the temperature increasing, cloud droplet number concentration, LWC, and the size of ice particles increased, but ice number concentration and effective diameter of cloud droplets decreased, similar to other mid-latitude regions, indicating the similarity in the temperature dependence of cloud properties of mixed-phase clouds. The variation of the cloud properties and ice habit at different temperatures indicated the operation of the aggregation and riming processes, which were commonly present in the wintertime mixed-phase clouds. This study fills a gap in the aircraft observation of wintertime cold clouds in North China.     

山西地区一次层状云降水过程的微观特征观测分析

针对山西省2010年5月27日一次层状云降水过程,利用机载DMT探头和Parsivel激光降水粒子谱仪进行探测试验,分析了云微物理特征,并对空中和地面雨滴谱进行比较。结果显示：空中云垂直和水平结构分布不均匀,CDP、CIP探测最大粒子浓度分别为165．20、1．08cm^（-3）。地面雨滴微物理量的平均值说明本次降水是典型的层状云降水,雨强主要由雨滴数密度决定,雨滴微物理参量随时间分布不均匀。建立地面雨强,与雷达反射率因子Z、雨水含量W、雨滴数浓度N、Gamma分布的谱参数眠、A的相关关系,Z-I、W-I,相关性很好,N-I、N_0-I、λ-I,相关性较差。地面平均雨滴谱较空中平均雨滴谱窄、谱型陡。结合粒子图像和雨滴特征量分析空中雨滴谱随高度的分布发现,本次降水是冷云和暖云降水共存。     

Microphysical and radiative effects of ice clouds on diurnal variations of tropical convective and stratiform rainfall

Microphysical and radiative effects of ice clouds on diurnal variations of tropical convective and stratiform rainfall are examined with the equilibrium simulation data from three experiments conducted with a two-dimensional cloud resolving model with imposed temporally and zonally invariant winds and sea surface temperature and zero mean vertical velocity. The experiment without ice radiative effects is compared with the control experiment with ice microphysics (both the ice radiative and microphysical effects) to study effects of ice radiative effects on diurnal rainfall variations whereas it is compared with the experiment without ice microphysics to examine ice microphysical effects on the diurnal rainfall variations. The ice radiative processes mainly affect diurnal cycle of convective rainfall whereas the ice microphysical processes have important impacts on the diurnal cycles of both convective and stratiform rainfall. Turning off the ice radiative effects generally enhances convective rainfall during the morning and evening and suppresses convective rainfall in the afternoon whereas turning off the ice microphysical effects generally suppresses convective and stratiform rainfall during the morning and enhances convective and stratiform rainfall in the afternoon and evening. The ice radiative and microphysical effects on the diurnal cycle of surface rainfall are mainly associated with that of vapor condensation and deposition, which is controlled by air temperature through saturation specific humidity. The ice effects on the diurnal cycle of local temperature tendency are largely explained by that of latent heating since the diurnal cycle of radiation is insensitive to the ice effects.     

山地对流云并合形成积层混合云的过程分析

本文利用贵阳市气象台2005和2006年5-9月的地面、高空观测和雷达资料等,分析了41次山地对流云并合形成积层混合云的降水过程.研究发现如果分散的多单体对流云若距离较近,则很可能出现大范围地跨接、合并,则有可能形成范围宽广的片状或带状云系,即积层混合云系.云系形成以后在移动的过程中,会将前方不断新生的对流单体合并,从而云系前缘强度增强,云系不断维持.整个系统的生命期往往较分散云团更长,并有可能会形成间歇性或连续性降水.本文分析了山地对流云并合形成积层混合云的一些具体特征.     

中国北方典型地区不同类型云微物理特征分析

对2009-2011年内蒙古通辽地区41架次穿云飞行探测结果进行统计分析,探讨中国北方典型地区的各类型云的微观特征.结果表明:该地区不同云型的平均云滴粒子数浓度Nc按大小排序为:层积云Sc＞积云Cu＞高层云As＞雨层云Ns＞高积云Ac.降水性云(Ns,As和Sc)的Nc值一般跨度范围较大,且累计概率的减小幅度较为平缓....     

云滴数浓度影响混合型层状云降水的数值模拟

使用耦合了Morrison双参数微物理方案的中尺度WRF模式V2．2,对2008年1月25-29日发生在我国南方的冰雪天气过程进行了数值试验。在模式准确再现了此次天气过程形势演变特点的基础上,对模式微物理方案中云滴数浓度影响累积降水量的情况进行了敏感性试验,发现云滴数浓度对降水量的影响是复杂和非线性的。对此次天气过程中的微物理量进行了详细的分析,并从各种水成物粒子的发展演变上,讨论了云滴数浓度的增加在暖云和冷云两种降水机制上对降水产生的不同影响。结果表明,云滴数浓度越大,云水混合比就越大,云滴的尺度越小。雨滴对不同云滴数浓度的响应与云滴的情况相反,随着云滴数浓度的增加,雨滴数浓度减小,雨水也减少,暖云降水过程受到了抑制;冰晶和雪晶的数浓度的演变过程没有明显变化,而冰晶和雪晶的混合比是相应增加的,冷云降水过程得到了一定程度的增强。从本文模拟的个例来看,设置不同云滴数浓度所得到的总累计降水量的差异在1％以内。总的来说,增加云滴数浓度,降水量会减少。从比例上来看,增加云滴数浓度对暖云降水过程的抑制作用比对冷云降水过程的增强作用更为显著,但是在本文模拟的个例中,冷云降水过程占主导地位,减少的降水和增加的降水的绝对值在同一个量级上并且数值相近,它们相互抵消后得到的结果是降水量变化的绝对值大大减小了,这解释了增加云滴数浓度后模拟的总累积降水量变化不明显的原因。