对流性云火箭增雨试验效果的数值模式评估

利用中国科学院大气物理研究所建立的具有人工增雨催化功能的三维云数值模式(IAP-CSM3D)，对2003年7月5日北京地区的一次对流性云火箭增雨作业的效果进行了数值模式评估，并就火箭催化的时间、部位和剂量对增雨效果的影响进行了分析。结果表明，利用火箭在对流云中适宜的部位进行人工播云催化作业是有正效果的；在云发展阶段进行催化，增雨效果较好；火箭发射仰角对增雨的效果有很大影响，给出了火箭最佳发射仰角的选取原则，并分析了火箭催化增雨的机理。     

一次积层混合云增雨作业天气条件分析和雷达回波效果检验

利用多普勒天气雷达数据、常规气象资料和地面降水资料等,对2013年5月8日山东泰安地区一次积层混合云人工增雨作业天气条件和作业效果进行综合分析。分析天气背景条件是否有利于开展增雨作业,采用催化前后作业云与对比云对比分析的方法,讨论依据雷达回波参量的变化来分析判断催化作业效果和催化时机的途径,并配合地面降雨量来佐以说明。结果表明:1)本次增雨作业有良好的天气形势、水汽及动力条件。2)播云作业产生了一定的正效果,且在作业后12 min即开始显现。作业后作业云雷达回波参量值明显增大,对比云增大率远小于作业云;作业云回波顶高、回波体积、最大反射率因子、垂直累积液态水含量、降水通量对对比云的正偏离也明显增大,增大率分别为200.0%、288.2%、29.4%、65.0%以上和384.8%。3)作业后地面影响区雨量增幅较大,增雨效果持续3 h,小时雨量明显高于对比区的。4)最佳增雨作业时机应比原作业时间提前12 min。5)将新一代天气雷达回波分析和常规天气分析相结合,有利于提高人工增雨作业及其效果评价的科学性和准确性。     

冬季层状云实施人工增雨作业可行性探讨

通过对百色市2004年至2007年冬季8次天气过程的22次层状云或层积混合云增雨作业个例分析,推断冬季对层状云或层积混合云进行增雨作业的环流背景、增雨潜力、催化可播高度和作业时机,得出百色市冬季对层状云或层积混合云开展增雨作业,只要存在有利的天气条件和持续长的时间,在降水云系的发展旺盛时期通过火箭将A gI焰剂播撒在-5℃~-10℃可播高度区域内,可收到良好的增雨作业效果结论。     

浙江省夏秋季人工增雨作业雷达指标研究

为指导地市更加科学合理地开展人工增雨作业,基于2018—2020年夏秋季浙江人工增雨作业记录、多普勒雷达数据、MICAPS数据、自动站小时雨量及探空数据,在对增雨作业效果分析后利用逆推法对浙江省夏秋季人工增雨作业雷达指标进行研究。浙江有利于开展人工增雨作业的天气系统主要有切变线、高空槽和台风,占比分别为28.6%、21.4%和21.4%。根据雷达回波和降水特征,作业云系可分为层状云、积状云、层状云为主和积状云为主的混合云,其中混合云是最常见的作业云系,占比高达82.5%。在日常增雨作业中,增雨效果明显的作业比例较低,占比仅13.4%。回波强度、回波顶高、负温层厚度、垂直积分液态水含量为增雨作业条件判别的有效指标,不同季节和不同云系对应的雷达指标有所不同。统计发现未能合理开展作业是无法获取正增雨效果的主要原因,占比高达49.2%,其他常见原因还包括作业时机不合适、作业部位不合适和作业对象不合适。本文所建立的雷达指标在临近作业指挥中具有一定的指导意义。     

人工增雨催化区跟踪方法与效果评估指标研究

如何利用新一代天气雷达作业前后回波的变化分析人工增雨效果,对提高人工影响天气的科学性有非常重要的意义。文章基于新一代天气雷达三维拼图和最大相关系数的雷达回波跟踪方法（TREC）,在考虑多个作业影响时间和催化剂扩散背景下,实现对高炮和飞机播云作业中催化区的连续跟踪,并计算区域内的最大反射率、垂直积分液态含水量等回波参数。利用2个降水过程,选择多个跟踪区域进行连续跟踪,详细分析了回波跟踪的合理性。选择北京的一次高炮增雨作业与一次模拟飞机作业,对其催化区进行跟踪。结果表明：利用TREC算法,能够合理跟踪回波在空间的垂直位置与水平位置,较好地跟踪单点、多点作业时催化区域移动,实时跟踪飞机播云催化区的回波变化,从而为人工增雨的效果评估提供了一个有意义的参考。     

大气冰核谱分布对对流风暴云人工催化影响的数值模拟研究

2002年9月在青海省河南县人工增雨综合试验基地开展了人工增雨外场综合观测试验.根据这次实验得到的大气冰核资料,以及文献给出的另外两组常用的冰核资料,利用中国科学院大气物理研究所研制和发展的三维对流云人工催化数值模式,讨论了3类不同大气冰核谱环境对模拟对流风暴云人工催化增雨效果的影响,模式中还考虑了国内人工影响天气部门常用的RYI-6300型和WR-1B型人工增雨防雹火箭播云弹道的差异.模拟结果表明,3类不同大气冰核谱环境对模拟对流风暴云的宏观和微观参量分布结构有很大影响,在这些对流云中进行火箭播云催化试验得到的播云效果也有很大差异.大气环境中高温冰核浓度低,而低温冰核浓度高时,对流风暴云人工催化将导致云中冰晶过量,不利于对流风暴云降水增加.在大气环境中高温冰核浓度较高,并且低温冰核浓度较低时,对流催化风暴云可获得最高的人工增雨效果.在青海试验区的大气冰核谱环境下,火箭催化对流风暴云增雨有一定效果.对不同地区进行人工增雨作业时,了解清楚当地大气冰核的基本背景状况对于正确地评估播云效果非常重要.文中还给出了导致这些结果差异的物理解释.     

陕西省人工增雨优化成套技术研究

优选多种人工增雨技术，采用国内外先进的探测装备和技术方法，应用新的催化工具与方法集合形成完整的、适合陕西特点的、具有当代先进水平的人工增雨体系。包括综合探测系统、播云催化技术、资料采集传输系统、作业指挥系统、作业效果评估、人影专业数据库，以及优化的增雨作业系统。     

青海省一次人工增雨作业数值模拟分析

利用基于ARPS的中尺度云系人工增雨数值模式系统,对2012年5月23日发生在青海省东部地区的一次飞机人工增雨过程进行了催化效果数值模拟试验,给出了人工播云后作业区和影响区的增雨量、平均增雨率、催化影响范围等结果。结果表明:基于ARPS的中尺度云系人工增雨数值模式对该降水天气过程具有较好的预测能力,模式所模拟的人工播云后作业区和影响区的增雨量与实际情况较为吻合,同时,对于此次增雨作业,催化作业产生的增雨效应主要出现在催化之后的5h内,在此之外,催化效果逐步消失。     

秋季冷云结构及人工增雨可播性区的评估

利用装备有机载云粒子测量系统、温湿仪和GPS的增雨飞机,在秋季的一次作业中获取的资料与同期的天气和卫星资料,对这次作业的冷云结构进行分析,对作业的可播性做了评估,分析结果表明,75％的时段在强可播区作业,25％在不可播区。云中自然降水效率低,具有较好的增雨催化潜力。     

基于CA-FCM方法的飞机增雨效果检验及分析

采用河南省2013—2017年飞机增雨作业资料,利用CA-FCM方法进行增雨效果检验,以探究CA-FCM方法在河南区域飞机增雨效果检验中的合理性及适用性,并分析相对增雨率与季节、检验物理量、垂直积分液态含水量之间的关系。结果表明：CA-FCM方法应用于河南省飞机增雨效果检验,能够获得定量而合理的增雨效果。多数作业相对增雨率0%—40%,少数作业存在减雨效果。研究中春季、夏季、秋季相对增雨率分别为20.8%、22.4%、-22.6%。春季、夏季飞机增雨效果明显优于秋季,一半的秋季增雨作业呈减雨效果,这可能与作业云层可播性条件有较大关系,春季、夏季云层可播性条件优于秋季。显著性检验表明,65%的作业增雨效果显著。增雨作业区域的垂直积分液态含水量越大,相对增雨率显著增加。具有“作业前回波30—50 dBz”、“作业云层尺度较大”条件的作业,易产生一定增雨效果;作业云层回波20—30 dBz,易产生减雨效果;回波强度及面积的维持或增强对增雨效果有明显贡献。     

高纬地区一次飞机人工增雨作业综合分析

利用现代化人机交互气象信息处理和天气预报制作系统(Meteorological Information Comprehensive Analysis and Processing System,M ICAPS)常规数据、全球/区域同化预报系统耦合中国气象科学研究院的复杂云微物理方案(Global/Regional Assimilation and Pr Ediction System_Chinese Academy of M eteorological Sciences,GRAPES_CAM S)云模式产品及卫星数据反演产品等资料,基于云降水精细分析系统—东北版(Cloud Precipitation Accurate Analysis System_North East,CPAS_NE)平台,对2016年5月24日黑龙江省一次飞机人工增雨作业过程进行了分析。结果表明:在高空冷涡和地面低压的共同影响下,人工增雨作业目标区云层较厚、过冷层厚度较厚,且具有一定量的过冷水,同时雷达显示存在大面积片状层状云回波,具有较好的增雨催化潜力,云带深厚且垂直累积液态水含量较高时段为最佳增雨作业时段。人工增雨作业区与对比区的催化效果物理检验表明,作业效果在地面降水量方面表现明显,而雷达回波变化较小,卫星反演产品中作业区的黑体亮温温度降低较快、云顶温度有所下降、云顶高度略降低,宏观物理检验表明此次人工增雨作业催化效果较好。人工增雨作业后过冷层厚度降低表明催化剂消耗了云中的过冷水,光学厚度增加表明过冷水滴迅速增长成大滴,粒子有效半径在作业中降低表明催化剂在消耗云中的云粒子,利用反演的微观物理参数检验了此次飞机人工增雨催化作业的过程。     

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。     

人工增雨效果物理检验方法的建立及应用

本文针对基于多源探测数据的人工增雨效果物理检验,建立对比区选取的相似性度量系数（APC,Analogy Deviation-Pearson Correlation Coefficient）,建立人工增雨效果物理检验的无量纲化指数PIDI（Physical Inspection Dimensionless Index）方法。结果表明:（1）人工增雨效果物理检验PIDI指数方法,能够实现以相似性度量系数APC最大程度削减增雨作业催化云体及降水的自然变率影响,以无量纲化处理方法综合多种具有量纲差异的云物理探测参数,最终以一个百分数变化率的数值形式综合度量多种云物理参数的整体变化趋势及程度。（2）应用PIDI方法对2014～2019年24架次飞机增雨作业进行增雨效果物理检验。人工增雨催化引起作业后3 h的云顶温度、云粒子有效半径、光学厚度、液水路径、组合反射率、≥30 dBZ回波面积、垂直累积液态含水量7项指标平均变化率3.4%～19.6%。18次作业的小时降水量变化率呈0～58.3%的增雨效果,6次作业的小时降水量变化率呈?37.5%～0的减雨效果。多数增雨作业引起的云物理参数变化明显小于降水变化。（3）具有增雨正效果的18次增雨作业,人工催化引起多数作业的云顶温度、组合反射率、垂直累积液态含水量呈增加趋势,多数作业的云粒子有效半径、光学厚度、液水路径呈减小趋势。（4）利用飞机增雨个例对比PIDI指数方法与K值方法异同。对于降水量变化趋势的检验二者具有一致性。二者差别在于PIDI指数方法能够反映人工催化引起的所有检验指标平均变化率。     

湖南秋季积层混合云系飞机人工增雨作业方法

统计分析2007—2016年秋季湖南省长沙市地面气象观测资料、湖南省飞机人工增雨作业资料, 得到湖南省秋季积层混合云系的降水分布情况、一般结构特征和相应的飞机增雨作业方法。使用多普勒天气雷达、GRAPES_CAMS数值模式和中小尺度气象站网等资料对典型作业天气过程进行云降水物理和数值模拟分析, 采用成对对流云和基于TREC算法的回波跟踪等方法进行作业效果评估。归纳得到湖南省秋季积层混合云系人工增雨作业条件判别的12个宏微观指标, 探讨在使用运7飞机、碘化银烟条作业装备条件下, 开展飞机增雨作业的最佳催化时机、部位和剂量。针对积层混合云系中的降水性层状云系、积云对流泡, 飞机增雨适宜作业的区域、播撒高度和催化剂量:在过冷高层云的-15~-5℃层, 播撒达到30 L-1的人工冰晶浓度; 在过冷积云的-15~-7℃层, 静力催化使冰晶浓度达到30 L-1或动力催化达到100 L-1。这些方法在实践中取得了较好的人工增雨作业效果。     

用于森林扑火的人工增雨双区催化作业设计

自1987年开始，内蒙古自治区几乎每年都要配合森林朴火进行人工增雨作业。作业多次采用“双区催化播云増雨技术”，即考虑催化剂的扩散状况及其在云中的增长过程，除在靠近火区的上风方作适量播撒外，还在远离火区上风方2至3小时高空风路程处设置另一个“远催化区”进行大剂量播撒，以延缓该云区的成雨过程，调节降水的局域分布，使之集中于火区，达到扑火的目的。通过对多年实际作业中类似技术的总结，针对这一播云催化技术模型的作业设计要点和试验设计要点进行讨论，给出了较为完整实用的“双区催化”播云增雨技术方案模型。     

吉兰泰盐湖火箭增雨技术分析

介绍了吉兰泰地区火箭增雨点、监测点的设定和增雨效果的评估,统计了JFJ型增雨火箭10年增雨资料,初步分析了在层状云与积状云中催化作业对播撒区下游的不同增雨效果,提出了火箭增雨作业时存在的问题以及容易造成的失误,为干旱地区开展火箭增雨提供了一些思路和启示。     

渭南市高炮火箭人工增雨作业分析

利用渭南市2001—2004年人工增雨作业的雷达回波资料和实况资料,运用统计和对比的方法,对13次高炮、火箭人工增雨作业云系、作业时机、部位以及催化剂量的选择进行综合分析。总结出渭南市高炮、火箭人工增雨的作业技术要点:以混合云和层状云为主要目标云系,层状云作业效率最高,可达83.3%;层状云系作业部位应选在0oC层亮带以上,混合云系应选在强回波区附近;选择催化时机,层状云应在云顶高度≥6 km,回波强度≥25 dB z,混合云云顶高度≥7.5km,回波强度≥35 dB z为宜;一次过程,一个作业点炮弹以40发左右效果较好,火箭弹2~4枚为宜。     

利用新一代天气雷达资料分析飞机人工增雨作业效果

利用GPS仪和新一代天气雷达的探测,对广西2008年2月16日一次飞机人工增雨作业的效果进行了物理检验。分析表明,对过冷云实施播云作业后,过冷云层的微物理影响能直接导致高层过冷水与冰晶混合区以及低层暖区云雨层对雷达基本反射率的增强,同时能比同等条件下非催化云层更快到达雷达回波峰值,并持续较长时间。催化作业可使冷层的雷达回波增强最大可达200%,同时可使低层暖区云雨层的雷达回波增强最大可达100%。     

一次积层混合云飞机播云对云微物理过程影响效应的分析

人工增雨效果评估主要关注的是催化后云和降水过程是否产生了预期的变化,这首先表现在云和降水的宏微观过程有无明显变化,因此了解播云作业后的云微物理结构的变化是很必要的.2009年4月18日在河北张家口进行了一次飞机播云实验,本文采用飞机探测所取得的PMS资料,分析了播云对云微物理过程影响,并进行了云物理因子综合研究.结果表明:催化后播云高度上液态含水量大幅度降低,粒子平均直径由催化前20.4μm增大到23.9 μm;云中粒子谱结构也发生很大的变化,催化后冰晶减少,降水尺度粒子显著增加;而且在播云1小时后影响区地面累计降雨量达到最大.     

对流云人工增雨雷达效果分析软件的应用

根据雷达回波参量自动选取对比云并进行效果分析的方法,研制了对流云人工增雨雷达效果分析软件.在此基础上,对2008年湖北省12次对流云增雨试验进行了效果检验:发现其中10个个例催化效果良好,具体表现为增雨作业催化后,目标云的物理参数发生了比较明显的变化,回波强度、回波顶高、液态含水量、强回波面积等均增大,约半小时内达到峰值,而相应的对比云回波参量增长幅度比目标云小,或者没有继续发展,大部分对比云的生命史比目标云短.最后,通过综合分析,提出基层作业站点适宜开展人工增雨的催化指标,在实际应用中取得了良好的效果.