冷云播撒剂介乙醛研究概况

大气中经常存在着由过冷水滴组成的云,这种过冷却的水云中没有冰晶时,它是相当稳定的。伯吉隆(Bergeron)和芬德生(Findeisen)提出的冰晶效应学说(一旦出现冰晶与过冷水滴共存时,水滴蒸发而冰晶增长,水分从水滴转移到冰晶上),成为近代人工播撒冷云降水的理论基础。与向过冷云中引入冷云成核剂(即人工冰核)制造适量冰晶时,便产生冰晶效应,于是水滴蒸发而冰晶增长,达到一定大小后开始下     

用于研究雪增长过程的垂直风洞

为研究雪增长过程,建造了一个产生过冷云的垂直风洞。风洞高18米,工作温度可低到-25℃。由超声喷雾器提供过冷小滴,用压缩空气的自动绝热膨胀来产生冰晶。对系统的运行可事先编好程序。注入下种冰晶后,降雪可持续约20分钟。在风洞中成功地生长出各种形状和大小的雪晶,包括直径2毫米的枝状雪晶和直径大于4毫米的雪花。     

一个缓慢移动的中尺度对流复合体内层状降水区的微结构分析

本文对一个中纬中尺度对流复合体层状降水区的微物理结构,结合雷达、卫星和其他飞机观测资料进行了分析.结果表明,MCC层状区内某些部位盛行冰晶聚合体,它们分布在相当厚的过冷气层内(0.5—-14℃或更冷).冰晶聚并过程足层状区内降水质点增长的主要机制.它起源于较高较冷的气层,在冰晶聚合体下降途中聚并效率渐趋增强,在0℃层附近形成一大的冰晶聚合带. 层状区中云滴液态含水量一般低于0.3g·m~(-3).0℃层以下降水质点数浓度较低,平均为0.8L~(-1)(2D-P资料)和2.3L~(-1)(2D-C资料),相应的平均体积中值直径分别为1.0和0.6mm.在0—-10c气层内,冰质点平均数浓度为27L~(-1)(2D-P资料)和133L~(-1)(2D-C),远人于0℃层以下的雨滴数浓度,相应的平均体积中值直径为0.8和0.4mm.冰质点数浓度随高度向上增加,在飞机垂直探测的顶部(6600m高度)观测到最大数浓度52L~(-1)(2D-P资料)和289L~(-1)(2D-C资料).冰质点大小则相反,是随高度下降而增大的.在0℃层附近冰晶聚合体较大较多,冰质点中15％以上是聚合体,2D-P探头观测的冰质点平均体积中值直径达1.8mm. 滴谱分析表明,负指数律分布能较好地拟合所有观测的降水质点大小谱分布.对水滴,斜率参数λ平均为17(±3.6)cm~(-1),相对变差不超过20％,在云模式研究中可以近似地假定λ是常数.然而,对冰质点样本,λ值可相差3倍以上,小能当作常数处理.至于截距参数N_0,不论是水滴还是冰晶样本,都是变量,其值可有2—3个数量级之差.但是,N_0与λ之间数值上相关很好,据此可以将降水质点谱简化为单参数分布.     

冰晶产生的非催化触发机制研究

本文研究了用压缩空气爆破(薄膜爆破,激波管等)和火药爆炸非催化方法触发冰晶产生的作用机制。我们通过大量实验认为超声波和冲击波的作用不一定能够触发过冷水滴冻结,而超声速气流的绝热膨胀冷却作用则是触发冰晶产生的确切机制。然后设计了超声速气流发生装置并在过冷雾中进行触发冰晶产生的实验。结果表明,超声速气流(M=1.1)触发冰晶产生非常有效。阈温为-2℃。冰晶产生的临界压强为2.1atm,阈压随实验温度升高而增加,当总压超过阈压0.2—0.3atm时,冰晶大量产生。这些结果与超声速绝热膨胀理论相一致。     

含水量对冰晶增长影响的风洞实验研究

用小型垂直过冷云风洞及其测试系统,使冰晶在自由悬浮的情况下生长。在实验温度为-5℃—15℃、含水量为0.5—2.0g/m~3的范围内,结果表明:在水面饱和条件下,冰晶的形状决定于所处的环境温度,含水量的大小对冰晶的基本形状没有影响,只是当含水量加大时,冰晶上会出现更加明显的碰冻增长的痕迹;冰晶的质量和速度增长的峰值和谷值温度分布与含水量的大小无关;随着含水量的增加,冰晶的质量和下落速度的增长会加快,但没有发现含水量的增加有加快冰晶2a轴增长的明显效果。     

基于地基微波辐射计资料对咸宁两次冰雹天气的观测分析

利用地基微波辐射计观测资料,对两次冰雹过程进行观测分析。结果表明:中低层暖湿气流输送、中层干冷空气侵入,在0~10 km形成"上干、下湿"2层垂直分布结构。低层的感热和潜热随上升气流向上输送,2~3 km层明显增温,0、-5和-20℃层略微上升。同时,低层水汽也随上升气流向上输送,降雹前大气液态水总含量(ILW,下同)和大气水汽总含量(IWV,下同)及过冷水含量快速增长。水汽经过冷层后,冰晶增多增大。当冰晶增大落入0℃以上区融化层时,冰晶融化导致液态水增加,一部分形成冰雹或地面降水,导致降雹之后ILW、IWV及0℃以下液态水含量减小。上述结论对冰雹的预警有一定指示意义。     

用细胞自动机模拟雪花

雪花是自然界的增长现象,它具有复杂的树枝状形态。我们利用细胞自动机模型在计算机上模拟出许多种类的雪花图象,反映出实际雪花生长的一些物理过程。 “奇偶规则”考虑到水汽冻结时要释放大量潜热这个物理特点,“限制规则”和“优先规则”考虑到水汽扩散到冰晶表面要选择不同的着陆位置这个物理特点。 所有模拟出的雪花和实际观测到的雪花非常相似,且具有分数维的形式。 看来,细胞自动机是模拟像雪花那样在耗散非线性动力系统中所出现的复杂形态的有力工具。     

枝状晶体

枝状晶体(dendritic crystal,或写作dendrite),是冰晶体,特指可见的形状(晶体形态)表现为复杂的树枝结构的平面冰晶。气象出版社2012年出版的《英汉汉英大气科学词汇》(第二版)收录了该条目,中文里还对应于戟状晶体(雪花的一种)。而商务印书馆2016年出版的《综合英汉科技大词典》(第2版)将其直接译为枝状冰晶,与2002年科学出版社出版的,由全国科学技术名词审定委员会编辑的《海峡两岸大气科学名词》中的译法一致。枝状冰晶为对称六角形,在-15℃上下通过水汽凝华导致冰晶增长时,如果饱和度接近过冷水,树枝状冰晶会发展形成。     

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。     

用超声速气流产生冰晶的试验及测定

在２ｍ３等温云室中进行了塑料小泡压爆及超声速气流在过冷雾中产生冰晶性能的试验，在－１℃到－１７℃温度范围内测试其产生冰晶效率。发现这两种方法均能在过冷雾中产生大量冰晶，直到－１℃。在－８℃时每升空气产生的冰晶为１０１１－１０１２量级。是一种经济有效的催化过冷云雾的方法，很有应用前景。     

华北层状云系人工增雨个例数值研究

利用耦合了CAMS详尽云方案和非静力中尺度数值模式MM5V3的CAMS中尺度云分辨模式对2008年3月20—21日环北京地区的一次层状云系降水进行模拟和人工催化数值试验。模拟自然降水分布与实测结果一致,分析微物理特征并在所得分析的基础上进行催化试验。研究在不同催化剂量、高度进行试验对降水的影响。结果表明：在过冷水含量高且冰晶含量低的区域引入人工冰晶可使地面降水增加。引入人工冰晶后催化区域水汽明显减少,云水也有减少,冰晶粒子和雪粒子增加,而且水汽减少的量明显大于过冷云水的减少量。同时催化后550 hPa附近的下沉气流中心变为上升气流,动力、热力效应明显。雪碰并冰晶增长、冰晶转化成雪增长是催化高度附近雪晶增加的主要过程,而催化高度以下,雪碰并过冷云滴增长是雪晶增加的主要过程;雪晶碰并过冷雨滴增长是霰粒子增加的主要过程;雨滴碰并云滴增长是雨滴增长的主要过程。     

冰雪晶碰并勾连增长的实验与观测分析

冰雪晶碰并勾连成雪花或雪团的过程是降水的重要机制之一。冰雪晶形态不同导致各类晶动力特性的差异, 因此, 无论从理论、数值试验还是室内模拟研究这一过程都有很大困难。该文就室内、外场试验和自然云的观测, 讨论分析其发生机理和条件。结果表明:冰晶的增长过程有一个与云滴碰并增长相似的加速过程, 冰晶碰并过冷滴形成霰 (雹胚), 凇附长成冰雹; 冰雪晶相互碰并勾连、攀附增长为雪花或雪团, 都是降水质点加速增长的重要过程。此过程仅在水面饱和、过饱和条件下发生, 而水面欠饱和、无液滴 (无云) 时, 冰晶很薄、晶型简单, 无碰并勾连、攀附现象。冰晶在液滴存在的云雾中伴随气流对流、乱流运动中接触碰并勾连成雪花或雪团, 其碰并勾连效率既受晶体形状影响, 亦受晶体表面附着力的影响, 其机制有勾连亦有粘连, 晶型多样, 以相同晶型为主, 温度范围广 (-3~-17 ℃); 其中-13~-17 ℃碰并勾连效率最高, 该层的枝、星状晶是勾连、攀附的主要区域, 亦为冰晶繁生的主要区域、生长率最快, 是人工增雨播撒人工冰核催化效率较高的温度段。     

宜君的风雾共存现象

在阴雨天去宜君 ,可能领略一种奇特的天气现象 :大风与雾和平共处 ,一边是七、八级的大风呼啸不停 ,一边是能见度仅有几百米的锁城大雾 ,持续时间短则几十分钟 ,长则几小时甚至十多小时。雾是悬浮在近地面空气中的大量微小的水滴或冰晶 ,由于这些水滴或冰晶对可见光的散射作用 ,使能见度显著减小 ,当水平能见度小于1 km时 ,便称为雾。一般情况下 ,微风 (风速 1～3m/s)时 ,有一定的乱流混合存在 ,它能使冷却作用扩展到适当厚的气层中 ,又不影响下层空气的充分冷却 ,有利于雾的形成 ;而风大时 ,强风能带走大量水滴 ,不利于雾的形成。但为何在…     

关于冻雨和雨凇、雾凇之我见

近期我国南方数省发生了严重的持续性冰冻灾害,雨凇和雾凇复合积冰是其成灾的主要原因,冻雨在短时间内大量过冷却水撞冻形成的雨凇,与过冷雾滴长时间的撞冻与冰水转化形成的雾凇交替出现,在物体,尤其是输电线路和塔架上形成了复合积冰,导致了建国以来最严重的冰冻灾害。逆温层是锋区、锋面等典型层状云降水普遍存在的低空层结,不是一定发生冻雨的充要条件,只要近地层（3000m以下）有丰富的过冷却水,气层温度在0～-15℃,有丰富的凝结核和水汽供应,而缺乏冻结核（成冰核）就可以形成冻雨,如果此时下垫面物体温度〈0℃,就可以在物体上形成雨凇;而当近地层出现过冷雾时,如果此时下垫面物体温度〈0℃,就可以在物体上形成雾凇。     

雾的形成与分类

雾是由无数悬浮于低空的细小水滴或冰晶组成并使水平能见度小于1千米的天气现象。 当空气中容纳的水汽达到最大限度时,就达到了饱和。如果空气中所含的水汽多于一定温度条件下的饱和水汽量,多余的水汽就会凝结出来,当足够多的水分子与空气中微小的灰尘颗粒结合在一起,就变成小水滴或冰晶,也就是雾。     

对华南对流云中过冷云水-飞机积冰的直接气象因子的中尺度数值预报试验

利用“海峡两岸及临近地区暴雨试验”（HUAMEX）加密观测资料和MM5湿物理显式方案模拟研究了1998.5.23-24自粤北移向南海海岸冷锋前对流云团中的云物理过程，给出了造成飞机积冰的直接气象因子-云中过冷水的空间分布和随时间演变及其与水汽、冰相（冰晶、霰、雪）、垂直气流的相互关系。结果显示，当对流较强因而产生冰相后，由于冰粒子与过冷水间的碰并及过冷水滴蒸发，过冷水迅速减少；当对流较弱因而只有液相云水而无冰相加入时，过冷云水维持。模拟试验显示具有完善湿物理显式方案的高分辨非静力平衡中尺度数值模式MM5可用于对飞机积冰的直接气象因子-云中过冷水的数值预报。     

谈谈云的形成

云是人们经常见到的气象现象。云是怎样形成的呢?根据观测,云是一团悬浮着大量微小水滴和冰晶的空气。水滴和冰晶的大小一般是几微米(μ)到几十微米之间,浓度每立方厘米一、二百个到一、二千个。所以,弄清楚空气中形成大量悬浮微小水滴和冰晶的原因与条件,也就了解了云的形成。 在大气中含有大量的水汽。水汽与大气中的其他成份不同,它在实际存在的大气温度变化时,可以由气相转变为液相或固相。这三种相态可以互相转变,这种相变是云     

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。     

勿漏记霜出现前的露

露与霜是水汽在地面及近地物体上凝结、凝华而成的水珠和冰晶 ,两者形成的天气条件相似 ,均易在晴朗微风湿度大的夜间形成 ,所不同的是温度条件 ,温度高于 0℃时形成露 ,低于 0℃时形成霜。在每年秋冬之交和冬春之交的一段时间内 ,由于地表温度常在0℃上下 ,会出现前半夜有露、后半夜有霜 (水汽凝华或露珠冻结而成 )的情况 ,此时应先记露 ,后记霜 ,而不应记录其中一种现象。但需注意 ,清晨时由霜融化成的水珠 ,不可记作露。勿漏记霜出现前的露@信志红$东营市气象局!山东东营257091     

重庆地区夏季一次降水过程及增雨潜力的数值模拟分析

利用国家气象中心GRAPES人工增雨云系模式,选取2008年7月4日重庆地区一次降水过程进行数值模拟,分析了重庆地区降雨天气的水汽分布、云系宏微观分布、云中微物理转化和增雨潜力等特征。结果表明：本次降水大气过程中,重庆地区水汽含量极为丰富,水汽分布与地形分布呈明显的对应关系,低层水汽输送较大,整层水汽通量较高,有明显水汽辐合,云中液态水对地面降水影响很大。西南气流和地形共同作用为重庆地区液态水的形成提供了有利条件,在东北部山区迎风坡处大量水汽累积抬升,易形成丰富的液态水。重庆东北部地区水汽向云水转化较强,过冷液态水含量丰富,冰晶含量少,0℃层附近水汽垂直通量较大,降水效率较低,有较大的增雨潜力。