关于吉林省积云人工增雨作业的一些思考

积云含水量较高,特别是其催化的可播性和降水的高效性更是目前人工增雨作业的关键所在,本文试图从积云降水的原理出发探讨积云人工增雨作业的可播性和其增雨的高效性,结合吉林省人工增雨作业的实际情况,得出一套适合于吉林省积云人工增雨作业的应用方案。     

用一维积云模式预报积云的试验

本文将改进的一维积云模式用于积云人工增雨作业报告。在1993一1995年春季飞机增雨作业期间,对广西南宁地区的21个个例的计算中,进行人工增雨作业可能性预报,预报成功率可达67％以上。     

湖南一次重大森林火灾人工增雨作业条件与效果分析

人工增雨作业是森林灭火的一个重要科技手段,作业条件预报与作业时机的把握是作业成败的关键。本文以湖南省“20130810”大乘山重大森林火灾人工增雨作业情况为基础,利用多种气象资料对作业条件预报与作业方案设计进行分析,采用作业前后雷达回波参量变化、最大相关系数的雷达回波跟踪法（TREC）对作业效果进行评估。结果表明：大乘山重大森林火灾人工增雨作业通过捕捉台风外围边缘快速生消的积云云系,有效地让局地积云降水降落到了位置相对集中的火场,8月15日第7、第8次地面人工增雨作业15 min后雨势加大,有效压制火势,及时解救了火场被困人员;8月16日第11次作业为明火扑灭发挥了重要作用。针对局地积云开展森林灭火人工增雨作业,使用火箭、高炮等地面装备更容易抓住作业时机,针对大范围的积层混合云系更适合开展飞机增雨作业,飞机在火情侦察拍照和气象探测等方面能发挥重要作用。     

拉萨地区汛期积状云及其人工增雨作业研究

本文利用拉萨地区1981 ～2010年汛期5～9月4个台站的地面观测资料,统计分析了汛期5～9月各类积云的发生频率及其降水过程,分析了各类积云的降水能力;从卫星云图、天气雷达图识别及目测三个方面对拉萨地区汛期适宜高炮（火箭）人工增雨作业云系做了初步探讨.结果表明：拉萨地区平均每年有40d以上的积云降水;其中伴随碎雨云的积雨云（Cb＋Fn）降水概率最大.各县区平均积云降水过程占总降水过程的52.6％,平均积云降水量占总降水量的54.8％;汛期降水过程中由积云带来的降水占一半以上,一般产生小雨及小到中雨的雨量,产生大雨及暴雨的概率极小.降水性积云不仅人工增雨潜力很大,实施人工增雨催化作业的机会也较多.适合人工增雨作业影响的积云降水云系按其对降水量的贡献大小依次为伴随碎雨云出现的积雨云（Cb＋ Fn）、伴随碎积云出现的混合层积云（Sc＋Fc）、积雨云（Cb）、层积云（Sc）.     

拉萨地区汛期积状云及其人工增雨作业研究

本文利用拉萨地区1981²010年汛期52010年汛期5⁹月4个台站的地面观测资料,统计分析了汛期59月4个台站的地面观测资料,统计分析了汛期5⁹月各类积云的发生频率及其降水过程,分析了各类积云的降水能力;从卫星云图、天气雷达图识别及目测三个方面对拉萨地区汛期适宜高炮(火箭)人工增雨作业云系做了初步探讨。结果表明:拉萨地区平均每年有40d以上的积云降水;其中伴随碎雨云的积雨云(Cb+Fn)降水概率最大。各县区平均积云降水过程占总降水过程的52.6%,平均积云降水量占总降水量的54.8%;汛期降水过程中由积云带来的降水占一半以上,一般产生小雨及小到中雨的雨量,产生大雨及暴雨的概率极小。降水性积云不仅人工增雨潜力很大,实施人工增雨催化作业的机会也较多。适合人工增雨作业影响的积云降水云系按其对降水量的贡献大小依次为伴随碎雨云出现的积雨云(Cb+Fn)、伴随碎积云出现的混合层积云(Sc+Fc)、积雨云(Cb)、层积云(Sc)。     

一维积云模式初始参数优化的研究

福建省人工增雨指挥系统在预报积云降水和评估增雨效果中曾采用一维时变积云模式。关于该模式初始场的确定 ,考虑到不同天气类型对模式初始参数的影响 ,并采用了以确定敏感参数为主 ,综合考虑其他影响参数为辅的方法。经分类调试 ,证明了一维模式初始场确实与天气类型有关 ,并得到旱期降水预报率大于 75%和可预报积云云顶高度的结果。通过对模拟云和实测云高度的线性回归分析 ,以及经拟合敏感参数初始扰动温度与平均地面最高气温 ,均存在较好的相关。     

辽宁夏季积云降水发生频率及人工影响潜力分析

用辽宁14个台站的常规地面观测记录，统计分析了6～8月各类积云的发生频率及其降水特征，结合沈阳站的探空资料，分析了各类积云的降水能力和人工影响潜力。结果表明：①辽宁夏季积云出现概率很大，每站年均41．5d，占夏季总云日的50％以上；②平均每年每站有11d以上的积云降水，为夏季总降水日数的36．9％；③各地区平均积云降水量占总降水量的33．5％，其中积云暴雨量占总暴雨雨量的43．1％；④有层状云伴随出现的积云、积雨云出现的概率较大，但多数情况降水效率不很高，具有较多的人工增雨作业机会和潜力，可以作为人工催化的主要作业对象。     

桐庐伏旱时期人工增雨条件分析与应用

通过对桐庐县干旱特征的分析,指出干旱是桐庐县的主要气象灾害,平均高达3年2遇,而夏秋旱占94%。夏季对流性积云是桐庐县人工增雨的主要云系,准确预测对流性天气发生的条件,及时把握有利的增雨作业时机,能起到事半功倍的增雨效益,人工增雨是缓解干旱的有效途径。     

积云模式在人工增雨中的应用

利用胡志晋的一维时变双参数积云模式,利用福建省１９８５￣１９９４年间的夏秋旱期可能出现的１２种天气类型（台风除外）对测站（福州）为主的十年旱期出现的积云降水日（Ｒ≥０．１ｍｍ）进行分类,并按１２种天气类型分别调试的结果（降水预报准确率达７５％以上）,经催化试验,确定福建省旱期积云降水的物理特征,人工增雨催化的方法,催化剂量和催化窗口,得到了一些有意义的结果,并根据催化试验的结果有用ＮＤＰ－ＦＯＲＴ     

一维积云模式初始参优化的研究

福建省人工增雨指挥系统在预报积云降水和评估坪雨效果中曾采用一维时变积云模式。关于该模式初始场的确定，考虑到不同天气类型对模式初始参数的影响，并采用了以确定敏感参数为主，综合考虑其他影响参数为辅的方法。经分类调试，证明了一维模式初始场确实与天气类型有关，并得到早期降水预报率大于75％和可预报积云云顶高度的结果。通过对模拟云和实测云高度的线性回归分析，以及经拟合敏感参数初始扰动温度与平均地面最高气温，均存在较好的相关。     

强对流云新概念在积云人工增雨作业中的运用

在对强对流(积云)增雨作业中,引用防雹新概念方法是利用多普勒雷达不同仰角的反射率(R)图及反射率剖面(RCS)图、径向速度剖面(VCS)图等资料,对强对流云流场特征进行定性分析,判定其主位置,通过主入流区位置和态势,确定“0”线的类型,给出增雨作业的时机和部位。用这一新概念,结合天津地区积云增雨的实际情况,在2003~2005年期间进行了应用。当流场、温度场和水凝物粒子场适当配置时,会形成大量降水粒子的集中累积,产生阵性暴雨。     

冰雹形成机制的研究并论人工雹胚与自然雹胚的“利益竞争”防雹假说

在播撒防雹中,如何实现人工雹胚与自然雹胚的增长竞争是决定防雹效果的关键,这实质上也是雹云物理的关键课题。经过对强对流(雹)云的流场特征和相应的过冷水场配置的综合分析和数值模拟研究,发现:(1)由于雹云流场的对流性,其中必然存在着一个主上升气流区和相对于云体的水平风速零的区域,它在垂直剖面上,可呈现出一条零线,可长大成冰雹的水凝物粒子是绕零线循环运行增长的,并逐步进入主上升气流区;(2)在雹云中存在着冰雹“穴道”,它位于主上升气流区边侧及零线下的入流区,其体积约为雹云总体的6％或更小,不论自然雹胚或是人工雹胚,只要进入“穴道”都经历着循环运行增长,其轨迹是相互交叉的,因而可以实现平等“竞争”;(3)“穴道”的存在和位置由流场特征决定,运行轨迹的基本形态也由流场决定,而粒子增长率及运行路径的长短由“穴道”内的过冷水场(过冷度和量)决定。     

应用“0”域概念进行对流云防雹(增雨)作业

人工防雹(增雨)作业所依据的原理是成雹(增雨)机制和雹云(积云)结构特征,而作业的难题是判断作业的部位和时机。利用冰雹存在成长“穴道”的新概念,对所获取的雷达基本反射率、反射率剖面(RCS)、速度剖面(VCS)及风廓线(VWP)等资料进行分析,找到相对水平风速为0的区域,即可准确判定“0”域的位置,找到冰雹成长的“穴道”,解决人工防雹(增雨)作业中作业部位和时机的判断问题,以此指导人工防雹(增雨)作业。     

雹云机理新见解的观测验证和复现

近期的研究结果认为：雹云中存在着冰雹“穴道”，它是由流场和水凝物粒子场相互作用决定的。“穴道”把雹胚形成区和大雹生长区联结成通道，它对冰雹粒子具有明显的动力吸引作用，可使大粒子向这里集中，在宏观上呈现出冰雹粒子的动态累积效果；涵盖冰雹“穴道”的区域即为播撒人工防雹的“作用区”，它一般位于主上升气流边侧的主人流区和相对水平速度接近于零的零域(线)附近的下侧等。这些理论结果尚需观测验证和重复再现，本文利用Doppler雷达观测事例来作验证，并引用前人的工作在此稍作物理加工后复现这些理论结果。     

不同云底温度雹云成雹机制及其引晶催化的数值研究

用二维准弹性冰雹云模式模拟了中国不同地区的冰雹云的成雹机制和人工引晶催化的效果,结果表明：强对流云中自然初始降水元的形成主要同云雨自动转化相关;云底温度较低的冰雹云的雹胚形成以云霰转化过程为主,暖云底的雹云则以雨霰转化为主。人工引晶的作用有三：（１）加强云中冰霰转化过程,雹胚过多争食防雹;（２）促进雨霰转化过程,使雹胚浓度增加,并且减少过冷雨滴,抑制冰雹碰冻过冷雨滴的增长;（３）使云的下部霰量增加,降低降水粒子的增长轨迹,阻碍霰雹的增长。多次催化有时比一次大剂量催化的防雹增雨效果好。     

暖底对流云催化的微物理和动力效应的数值模拟

为加深理解暖云底对流云降水形成的微物理机制,调查对这类对流云实施碘化银催化所能产生的微物理和动力效应,本文使用三维对流云模式(包含6种水成物:云滴、雨滴、冰晶、雪花、霰和冰雹),对2004年7月8日发生在我国江淮地区的一例对流云进行模拟,并开展碘化银催化试验。结果表明:(1)模式能够较好地模拟出实测风暴的回波结构。(2)云雨自动转化和霰粒子融化是两个最重要的成雨机制,产生的雨滴占雨滴总数量(质量)的67%(19%)和18%(57%)。(3)对流发展初期在主上升气流区进行的催化试验表明,对本例对流云播撒碘化银能够同时获得增雨和减雹的正效果。(4)催化增加的霰粒子通过竞争机制抑制了前期冰雹的形成,但增强了向雨滴的转化(通过融化机制);催化也促进了二次对流的发展,增加了入云的水汽通量和云水含量,加强了后期的云雨自动转化及碰并增长,导致后期的雨和冰雹增加,并使地面降水分布发生变化。这些结果表明,对暖底对流云进行碘化银催化能够产生微物理和动力效应。     

2008年1月南方一次冰冻天气中冻雨区的层结和云物理特征

2008年1月中下旬, 我国南方经历了四次历史罕见的冰冻雨雪天气。本文针对2008年1月25~29日的一次典型冻雨天气过程, 在实测资料、NCEP再分析资料综合分析的基础上, 利用中国气象科学研究院 (CAMS) 中尺度云分辨模式对1月28日~29日的冻雨天气过程进行了数值模拟, 研究了冰冻天气形成的大气层结及云系冻雨区云的宏微观结构特征, 初步分析了冻雨形成的云微物理过程及云物理成因。结果表明, 深厚而稳定的逆温层和低空冷层的存在是大范围冻雨出现的直接原因。此次南方冰冻过程中, 湖南和贵州两地冻雨形成的云物理机理不同, 不同冻雨区上空为两种不同类型的云, 对应两种不同的云微物理结构和大气层结结构。湖南冻雨区云层较厚, 云顶温度较低, 属于混合相云, 云中高层存在丰富的冰相粒子 (雪的比含水量最大)。湖南冻雨在 "冷—暖—冷" 层结下, 通过 "冰相融化过程" 形成, 即在锋面之上的对流层中层水汽辐合中心内形成的雪, 从高空落入暖层, 雪融化形成雨, 再下落到冷层后, 形成过冷雨滴, 最后接触到温度低于 0℃的物体或降落到地面上, 迅速冻结形成冻雨。而贵州冻雨区云层较薄, 云顶温度较高, 属于暖云, 中高层基本无冰相粒子, 低层为云水和雨水 (云水的比含水量最大)。贵州冻雨是在 "暖—冷" 层结下通过 "过冷暖雨过程" 形成的。即水汽沿锋面抬升, 在对流层中低层的水汽辐合中心内, 经过冷却凝结成云滴, 通过碰并云滴增长的雨滴下落到低空冷层, 形成的过冷却雨滴直接冻结形成冻雨。     

冰雹形成过程及人工防雹研究综述

冰雹作为一种短时强灾害天气,常给农业、建筑、电力、交通甚至生命财产等造成严重影响,人工防雹也因此受到人们的广泛关注。文中首先介绍了冰雹形成机理和雹云物理研究情况,然后围绕人工防雹机理、技术、科学试验及效果评估这4个方面的研究进行了评述,旨在从理论和实践上总结人工防雹工作的进展,增进对人工防雹科学问题的认知,从而为促进中国人工防雹理论研究和技术进步提供借鉴。研究表明:（1）“累积带理论”和“循环增长理论”是冰雹形成的最常见理论,限于早期的雷达观测技术和缺乏完整的冰雹数值模式,早期认知的冰雹形成机理存在一定的局限。（2）雹胚一般分为冻滴胚和霰胚,冻滴胚由过冷雨滴冻结而成,霰胚则是冰晶、雪花撞冻生长而成。冰雹云中哪种雹胚占优势,主要看云底温度的高低。雹云的发展依赖于水汽条件、动力不稳定条件、风垂直切变等关键因子。（3）人工防雹主要遵循“播撒防雹”和“爆炸防雹”2条技术路线,“利益竞争”和“早期降雨”是常见的6种防雹原理假说中最广泛被用来作为防雹作业设计依据的2种播撒防雹理论。（4）人工防雹技术上多采用通过飞机、地面火箭、地面燃烧炉等向云中播撒人工冰核,或通过地面高炮向云中发射含人工冰核的炮弹等方式,影响冰雹的生长过程从而达到抑制或削弱冰雹生长的目的。（5）大量外场试验证明人工防雹效果有较大的地域差异,需根据各地冰雹云特征及其降雹特点制定和发展本地适用的人工防雹技术体系。（6）人工防雹效果检验仍然是制约人工防雹技术发展的一个“瓶颈”,目前常用的统计检验、物理检验和数值模拟检验技术方法均需要进一步改进和完善。由于雹云变化迅速、降雹过程短促,人工防雹技术实施的时效性以及防雹效果评估仍存在较大的困难。今后应更多地借助多种探测设备进行冰雹云的精细化探测,开展有科学设计的人工防雹外场综合试验,运用统计检验、物理检验和数值模拟相结合的综合检验技术方法评估防雹效果,推动人工防雹事业进一步快速发展。      

NUMERICAL SIMULATION OF ACIDIFICATION PROCESSES IN COLD CUMULUS CLOUDS

In this paper, a 1-D time dependent cold cumulus chemistry model is presented. In the coldcumulus model, 4 categories of hydrometeors: cloud drops, raindrops, cloud ice crystals, graupelparticles, and 18 microphysical interactions are considered, In the chemical model, the source andsink terms for pollutants include: the complicated interactions between pollutants (gases andaerosol particles) and the hydrometeors (especially ice crystals and graupel particles), the ex-changes of chemical compounds between two hydrometeors accompanying microphysical processesand the aqueous oxidations of S (IV) to S (VI). The two models are combined to study the acidifi-cation processes in cold cumulus clouds.