机载光阵探头探测期间云粒子的破碎

机载光阵探头探测时,云粒子(液态和固态)进入二维光阵探头的采样区前,会因与探头探测臂发生机械碰撞,或者与探头外壳产生的湍流和风切变相互作用而破碎。破碎程度与粒子类型、大小、粒子密度、探头入口设计以及飞行空速等有关。利用2008年7~9月探测飞机(Y-12)在山西省太原地区的航测资料并对飞机采样期间的云粒子破碎现象进行介绍和分析,分析结果表明,粒子到达时间间隔分布具有双模态特征:长时间模态是粒子空间分布的真实结构,短时间模态则是云粒子破碎的结果。提出用粒子到达时间间隔阈值作为粒子破碎的判定标准,给出适用于2008年太原地区航测资料的粒子破碎识别阈值,其中适合于探头云粒子成像仪(CIP)的阈值是2×10-5 s,而探头降水粒子成像仪(PIP)的阈值是1×10-4 s。所提的阈值对于以Y-12为机载探测平台,以CIP和PIP探头为探测仪器所获取的其它航次云微物理图像资料的粒子破碎处理也是有一定的参考使用价值。     

一次东北冷涡过程的宏微观物理特征分析

利用2019年5月20日机载DMT和SPEC粒子测量系统获取的飞机云微物理探测资料,结合高空、地面、卫星云图产品等常规气象数据,分析了东北冷涡在发展成熟期的云宏微观结构特征。结果表明:飞机探测区域为冷性层积混合云,云水充沛。云粒子探头(CDP)和二维云粒子图像探头(CIP)探测到的最大粒子数浓度分别为362.10cm-3、191.08L-1,液态含水量变化范围为0~0.88g/m3;CDP粒子谱呈指数型下降,谱宽较窄;CIP粒子谱呈双峰结构。云粒子图像探测仪CPI表明,层积云上部主要为冰雪晶粒子,以冰晶的核化和凝华增长为主;中上部粒子主要为小冰晶形态,也有冰晶聚合体和枝状冰晶;中下部是过冷水和冰晶粒子的共存区,过冷水较为丰富。     

茂名新旧气象观测站观测资料对比分析

利用茂名新、旧气象站2002年1～8月的对比观测资料,对气压、气温、相对湿度和降水1～8月的月平均资料和1、4、7月逐日平均资料进行分析.结果表明:新站的平均气温、平均气压比旧站偏低,平均相对湿度偏高,降水总量持平但各月差值不一,造成差异的主要原因是2站的海拔高度和地理位置等气象探测环境差异较大.     

机载云降水粒子成像仪所测数据中伪粒子的识别

机载云粒子成像仪(Cloud Imaging Probe,简称CIP)和降水粒子成像仪(Precipitation Imaging Probe简称PIP)所测数据中伪粒子的存在会直接导致仪器所测数据质量下降。利用山西Y-12探测飞机在太原地区的三次航测资料对飞机采样期间伪粒子图像的特点及其成因进行了分析和归类,并在此基础上提出了综合利用到达时间间隔阈值和图像处理识别技术的伪粒子识别方法。利用所提的方法对航测的粒子图像资料进行处理、统计和分析,统计结果表明,在一次测量过程中伪粒子的出现概率最高可达45.2%,其平均出现概率分别是36.01%(CIP)和8.64%(PIP);在所有伪粒子成分中,破碎形成的伪粒子的出现概率是最高的,它可以占到伪粒子总数的95%以上;其次是条纹状粒子和并存粒子,相对来说,空白粒子和线状粒子出现的概率是比较低的。研究还发现,机载平台的飞行状态对伪粒子各成分的出现概率也会造成影响。利用所提方法对仪器测量的粒子谱、粒子数浓度和冰水含量值进行订正,订正结果表明伪粒子对仪器量程内的粒子谱、粒子数浓度和冰水含量值均有影响,其中在云粒子谱影响上,伪粒子对粒子谱两端的影响较大,其中对小云粒子谱的影响主要是在400 μm以下,对大云粒子端的影响主要是在1000 μm(CIP)和2000 μm(PIP)以上。所提方法和阈值对于以Y-12飞机为机载探测平台,以CIP和PIP为探测仪器所获取的其它航次云微物理图像资料处理也是有一定的参考使用价值。     

封开县新旧站气象观测资料对比分析

基于新旧站2010年1、4、7、10月平行观测的气温、气压、相对湿度和全年风向风速资料,采用差值分析法和t检验,分析了气温、气压、相对湿度和风向风速在迁站前后的差异特征,结果表明:4个月份中,新站的定时观测气温、气压以及月平均气压、平均气温比旧站偏低;相对湿度7月份比旧站偏高,其他月份比旧站偏低;全年平均风速新站比旧站偏高,主导风向新旧站有差异;迁站前后气压和风速存在显著性差异。造成新旧站气象资料差异的主要原因可能是探测环境和海拔高度等因素发生变化。     

揭阳新旧站气象观测资料对比分析

利用揭阳新、旧观测站2010年观测资料,选取其中气温、气压、相对湿度、风向风速等气象要素资料,采用差值分析方法进行对比分析.结果表明:新站月平均气温、月平均最高最低气温、月平均本站气压均比旧站偏低,气温偏低的幅度不大,气压偏低的幅度较大.两站最多风向及频率不完全一致,新站月平均风速比旧站略偏大;新站相对湿度比旧站偏大.气象要素产生差异的原因主要是由新旧站址的观测环境、海拔高度、下垫面差异以及城市热岛效应造成的.     

新舟60高性能增雨飞机机载任务系统集成设计

西北区域人工影响天气能力建设项目设计建设的新舟60增雨飞机是集催化作业、云宏微观探测以及实时通信与综合集成显示功能于一体的国家高性能人工增雨飞机。该飞机系统建设中充分汲取了前期东北区域国家增雨飞机研制成果与经验,并在系统供电管理、催化作业能力、探测系统集成、卫星通信功能、设备系统和操作台布局等方面进行了针对性设计改进,通过便捷操作实现对任务系统供电与各分系统的集中控制、综合显示、数据存储共享,并且机载探测、催化、通信各分系统均采用双重或多重备份设计,既保证了机载任务系统先进性设计,同时保证任务系统运行稳定可靠和各项功能的完整实现。     

SPEC机载云探测系统及其云物理研究进展

在综合介绍我国机载云探测系统的发展历程、应用情况和优缺点的基础上,对新一代机载云探测系统SPEC的系统组成、探测原理、探测方法和探测范围等进行了详细说明,并探讨了近年来国内外相关研究进展.随着科学研究人员对云探测精细程度、准确度要求的日益提高,以往使用的粒子观测系统(PMS)等云探测系统已无法满足一些科学试验的需求;S...     

卫星云参数与飞机云物理探测对比研究和飞行方案设计

开展卫星反演云特性参数与飞机观测的对比研究,对于更好地发挥卫星遥感观测在天气、云物理和人工影响天气方面的探测优势具有重要意义。选取2012年9月21日一次层状云降水过程,对比分析FY-2与MODIS反演云参数及飞机观测结果,探索了飞机检验卫星云参数的飞行方案。结果表明:FY-2反演云参数演变趋势与飞机观测结果有较好的一致性;FY-2反演有效粒子半径(Effective Radius,Re)和光学厚度(τ)与MODIS反演的Re和τ间相关性较好,但此个例FY-2反演值普遍小于MODIS反演值;探测区域FY-2反演Re频率分布与飞机观测Re分布有一定差异,FY-2反演Re偏小,MODIS反演Re频率分布与飞机观测结果更为接近;飞机观测计算得到的τ和液水路径值(Liquid WaterPath,LWP)与卫星反演τ和LWP差异较大,FY-2反演值明显偏小。对于Re的检验,飞机最好在Re分布不大均匀的云顶作较长距离平飞观测;对于LWP和τ等垂直积分参量的检验,飞机最好选择在光学厚度较均匀的小区域内螺旋爬升至云顶之上,再自云顶向下至最低高度进行垂直观测。     

L-100-30气象侦察机

L-100-30飞机作为一个航空气象侦察机,它的飞行距离可达5000英里,最大飞行高度为35000英尺,最大空速330海里/小时。它的宽绰的舱室为长距离飞行任务提供了舒适的设备。飞行机组由6人组成;驾驶员、副驾驶员、飞行工程师、领航员、大气探测指挥人员(ARWO)及一个下投式探空仪系统操作员。利用所得资料与地面站、卫星     

山西春季层状云系数值模拟及与飞机探测对比

采用中国气象科学研究院 (CAMS) 中尺度云参数化模式对2010年4月20日山西省一次春季层状降水云系的宏微观结构,特别是垂直方向上的微物理结构进行了数值模拟和分析。利用携带云粒子探测设备的飞机对该次层状云系进行了两次云物理探测飞行,并将飞机探测所获取的数据和图像资料与数值模拟结果进行了对比研究。模拟结果显示:该次降水过程以层状冷云降水为主,云中过冷水含量丰富,云系存在明显的3层结构,地面降水主要来自于云中高层冰晶、雪、霰等冰相粒子的融化和低层云水的转化。数值模拟与飞机探测对比分析显示,高空温度、湿度和高度的配置两者基本一致,数值模拟不同高度的云粒子相态、垂直方向云水比含水量与飞机探测获取的云粒子图像和云液态水含量的垂直结构基本吻合,但数值模拟的云中各种水成物粒子出现的高度较飞机探测偏高。     

机载热线含水量仪探测数据校验方法

机载含水量仪是目前云中液态水含量唯一的探测仪器,其准确性直接影响人工增雨作业条件判别。基于2015年和2017年四川盆地南部开展的10架次飞机云物理探测试验,考察机载热线含水量仪LWC-100探测数据发现存在异常极大值、负值数量多等问题。通过分析DMT（Droplet Measurement Technologies）公司云粒子探头（cloud droplet probe,CDP）、云粒子图像探头（cloud imaging probe,CIP）、降水粒子图像探头（precipitation imaging probe,PIP）数据,提出对入云前的干功率进行重新计算的3种方法:方法1以CDP探头的不同粒子尺度分档为标准,不低于某一档尺度的粒子数浓度大于0记为入云;方法2以CDP的数浓度大于10 cm-3为入云判定条件;方法3以CDP,CIP,PIP 3种探头探测的粒子数浓度同时大于0记为入云。结果显示:3种方法均有效纠正液态水含量不为0的情况,负值数量也较探测数据明显减少。方法1以不小于5 μm的粒子数浓度大于0记为入云,校验计算得到的液态水含量以负值数量和大小作为评价依据较方法2和方法3更优。     

大尺度云系的飞机观测

前言 飞机的机动性和灵活性使我们能够在大尺度云系移经我国时进行云的微物理观测。对风暴连续几天的飞行观测,可以得出粒子尺度的分布以及含水量是如何随时间和空间变化的。美国空军地球物理实验室使用MC-130E飞机对大尺度风暴系统进行了探测,先后对从美国中南部移到东海岸的三个风暴系统进行了观测,飞机飞进风暴测量了粒子尺度和类型、体积直径中位数、含水量以及温     

青海省春季降水云的微物理特征分析

2001年春末夏初结合人工影响天气飞机增雨试验,开展了云及降水的微物理特征飞机探测.利用先进的机载PMS粒子探测系统对春季云和降水进行空中观测,得到一些非常可贵的资料.文章通过资料分析,对青海省春末夏初降水云的空中结构有了一个较系统的认识.对今后开展科学人工影响天气作业和深入认识青海地区降水云微物理结构特征都有非常重要的意义.     

高性能机载云粒子成像仪研制及应用

机载云粒子成像仪是目前直接观测云中粒子谱分布和形状特征的关键设备,在云物理结构探测、遥感反演验证、数值模式云物理过程改进和人工影响天气等领域具有十分重要的作用。因此,针对现有进口仪器性能和应用方面的不足,开发更高性能的云粒子探测仪器十分必要。通过2011年启动的国家重大科学仪器设备开发专项——机载云粒子谱仪与成像仪研制项目,研制出国产高性能机载云粒子测量系统。经过多年的研制和反复测试,解决和显著改进了激光光束均匀化、弱信号探测、多路并行处理及微粒消衍射等关键技术,从而提高了探测器像元的光功率均匀性和一致性,使光斑区域内平均光功率密度提高约3倍,从而改进了粒子成像能力。采用更高分辨率国产光电线阵探测器,测量响应时间明显缩短,对小云粒子的探测能力明显提高。研制的仪器通过一系列基础参数测试、系统优化、环境适应性实验和累计60多架次的飞行测试。对2018年11月5日进行的两架次对比探测结果的初步分析表明,新研制的云粒子成像仪对小粒子浓度的测量精度较进口仪器提高一个量级左右,测量数据起伏更小,稳定性更高,并且可正确获得更清晰可靠的云粒子形态特征。     

DMT机载云粒子图像形状识别及其应用

利用机载云粒子探测设备入云进行观测是目前获取云粒子微物理特征最直接有效的手段。国内已有多家单位引进美国DMT（Droplet Measurement Technologies）公司的云粒子图像探头CIP（cloud imaging probe）。由于其配套软件不能输出逐个粒子的详细信息,在很大程度上限制了对云粒子图像探测数据的深入挖掘和分析。基于解析粒子图像原始数据,对粒子图像数据进行质量控制,并根据粒子形状几何特征将粒子形状分为8类（微小、线状、聚合状、霰状、球状、板状、枝状和不规则状）。利用2018年12月—2019年3月河南省3次冬季航测获取的灰度CIP探测数据,分析云粒子形状及各形状粒子面积的统计特征,并对比基于不同形状粒子的质量-尺度关系与将所有粒子视作球形液滴计算所得的粒子水凝物含量,发现后者超过前者约1个量级。     

河北省降水性层状云宏微观物理特征

利用2009年河北省春秋季17架次飞机宏观观测资料和相应的机载PMS云微物理探测数据,经过回放处理、筛选和计算,统计分析近年河北省降水性层状云物理特征。结果表明：河北省降水性层状云是以Ns、Sc、As为主的多层云系,且多伴随有干层结构。云底平均高度、过冷层厚度、0℃层高度分别为2002、1106 m和3811 m。微物理方面,云滴数浓度平均为54.6 cm^-3,平均直径为8.64 μm。云粒子浓度和尺度均比20世纪90年代各特征值有所减少。统计计算的降水性层状云中液态水含量为0.13 g·m^-3,远大于20世纪90年代的值。     

切变线降水系统微物理特征及隆水机制个例分析

利用机载云粒子探测系统(PMS).对2004年7月1日影响吉林省的一次切变线降水过程进行了探测飞行,利用所获取的宏微观资料对此次降水过程的微物理结构、降水机制进行综合分析.结果表明:此次切变线降水云系主要由高层云、雨层云、碎云构成,高层云和雨层云中间夹有1100m左右的无云区;3类云中平均云滴浓度、平均云滴直径各不相同;云水含量随高度分布不均匀,云的不同部位云水含量起伏较大;冰晶浓度平均为17.3个/L;此次探测的降水云系符合Bergeron提出的催化云一供水云相互作用导致降水的概念.根据云图及其他探测资料综合分析,冰晶主要产生于高层云上部或卷层云的冰晶播撒,供水云为高层云中下部和雨层云.     

自动与人工观测气压的差异及原因分析

利用全国373个基准基本站自动与人工平行观测期间的气压对比观测资料,进行了自动与人工观测气压的差异分析,重点从本站气压计算公式和环境温度方面分析了两种观测方式引起气压观测数据差异的原因。结果表明:(1)自动观测的气压值比人工观测气压值普遍偏低0.1～0.2 hPa。日最低气压差异最大,可达到0.34 hPa。自动与人工观测气压的差值有较明显的日变化和季节变化;(2)从分布区域看,自动与人工观测气压差异较大的区域位于海拔较高的西部地区,我国中东部地区则差异较小,绝大多数在0.2 hPa以内;(3)由于人工观测气压计算公式的问题,在2004年之前人工观测的本站气压值偏大,海拔高度越高的地方,偏大程度越高。统计结果还表明,30℃以上的高温环境和-30℃以下的低温环境,自动与人工观测气压差异明显。     

基于多种探测资料的飞机人工增雨航线设计方法及应用

基于SWAN多普勒雷达产品和FY-2C/D卫星等综合观测资料反演产品,研制了层状云飞机人工增雨飞行航线和对流云(混合云)飞机绕云飞行航线设计方法,并分别应用于湖北省2009年2月5次层状云飞机人工增雨飞行航线设计和2010年4月12日对流云飞机人工增雨绕云航线设计模拟试验.结果表明,飞行航线设计作业区与实际作业区基本一...