冰晶的位态与光柱林立

王鹏飞同志《光柱林立》一文,描绘了我国东北寒冬夜间雪前、雪后曾出现“光柱林立”绚丽壮观的景色,并阐述了造成这种现象的原理。读后,颇受启示。冰晶的位态与光柱的形成到底有什么关系?光柱的直立和突然生消又是什么原因呢? 当你拿一面镜子以一定的角度对着太阳,在你面前的某处就会出现一个亮斑,角度变亮斑位置也变,而且太阳、亮斑总是对着镜面,这种现象叫做镜面反射。假若人的眼睛正位于光斑之处,就会感到阳光刺目,犹如太阳直射,好象太阳就在镜子的方向。严冬低空有冰晶下落时,在灯光的照射下,这些表面光滑并呈六角形横截面的冰针和冰片,就象无数个小镜子反射灯光,由于冰品的空间位置和姿态(取向)不同,反射光的方向也就不同,因此,人目所接收到的反射灯光,仅是来自位于特定位置和取向的冰晶而已。     

关于《光柱林立》一文的补充意见

王鹏飞同志的《光柱林立》一文对黑龙江地区出现的奇异壮观的光柱夜景作了精辟的科学说明,使读者们看后即知:啊,这原是一种在特定气象条件下所产生的一种有趣的光学现象,这种“光柱”原来是由于空中无数平行于地面(水平面)的冰针以其较大的上、下表面将灯光反射入人目而形成的一种视觉幻景(虚象)!该文的基本观点笔者完全赞同,但在光学作图和其它个别问题上提出两点补充意见和不同看法。     

介绍一把审核尺

这个奇晕是阳光通过薄幕卷层云时,受到云中冰晶的折射和反射,进入人目所形成的现象。图中各晕段的形成简答如下: a是围绕太阳S,其半径为22°的圆晕。这是最常见的一种晕,色彩呈内红外紫。当太阳光线在冰晶中的光路是进入冰晶的一个侧面,而在隔开一个侧面的另一侧面上射出时(每一个冰晶有上下两个底面和6个侧面),就会出现这种22°的圆晕。     

云雾中冰晶形成的一种现象

1982年冬季,我们在吉林市松花江晨雾观测中,使用云雾粒子光固印模法,在气温为-22℃和-24℃的两次晨雾中,发现许多团聚形的冰晶。这种冰晶看来有点类似软雹,是由更小的冰晶松散地聚合而成,表面嶙峋起伏,似布满凇结,与取样片碰撞后,常常轻微散碎(见图①,编注:本文附图均见封二)。值得注意的是,在散碎的冰团中,往往可以看到留有一个结合较牢固、进入光固液较深的核。这个核或是由棱角分明的晶体组成,或是由冻滴组成,晶体或冻滴的直径一般小于10μ,结合的滴数1—10个(见图②)。在这两次的雾样品中,还找到了由几个似乎是滴结合成的不规则的小冰晶(见图     

峨嵋宝光研究之一—-宝光机理的综合研究

通过对宝光形成思路的追索,否定“冰晶云不可能出现宝光”的看法,综合考虑了不同条件下出现的宝光应遵循不同的形成机理。指出水云和冰晶云都能出现宝光,而冰晶云上宝光的伴生光象不是主虹,而是对日晕。     

峨嵋宝光研究之一——宝光机理的综合研究

通过对宝光形成思路的追索,否定"冰晶云不可能出现宝光"的看法,综合考虑了不同条件下出现的宝光应遵循不同的形成机理.指出水云和冰晶云都能出现宝光,而冰晶云上宝光的伴生光象不是主虹,而是对日晕.     

峨眉宝光研究之一——宝光机理的综合研究

通过对宝光形成思路的追索，否定“冰晶云不可能出现宝光”的看法，综合考虑了不同条件下出现的宝光应遵循不同的形成机理。指出水云和冰晶云都能出现宝光，而冰晶云上宝光的伴生光象不是主虹，而是对日晕。     

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     

青河上空的奇晕

1996年2月11日12时至12时3分，在阿勒泰地区青河县上空东南方向出现一奇晕，如图所示，以太阳为中心出现一较完整的大晕圈，内红外紫。在这个大晕圈的左右两侧，对称出现了两个圆形亮一（假日），其亮度稍次于太阳。这两个假日均带有向外发射的明亮的圆锥形光柱。在大晕圈的上方有三条光弧，其亮度相对较低，其中a光孤内紫外红，与大晕圈相切。另外两条光孤b和c在a光派的上方，并且b与c相切。b内红外紫，c内紫外红。这一奇景色泽艳丽，分外好看。这是大气光学现象之一——晕。当时，天空为10的毛卷层云，云层在发展阶段，云逐渐在加厚。这一…     

冰晶核化对雷暴云闪电行为影响的数值模拟研究

为了探讨冰晶核化对雷暴云闪电行为的影响,通过已有的三维对流云起、放电模式探讨对比了3种冰晶核化方案,分别为原模式中的经验公式YS方案及与气溶胶相关的DE方案和LP方案。研究表明冰晶核化方案对雷暴云内冰晶微物理发展特征、起电及放电过程均有一定影响。模拟结果显示:(1)考虑了气溶胶的两种新参数化方案中冰晶粒子在高温区(高于-13.8℃)出现,在雷暴云发展过程中DE方案和LP方案冰晶的垂直分布均大于YS方案。(2)DE方案和LP方案中高温区出现的冰晶所带电荷极性有明显的反转现象,导致雷暴云电荷结构产生差异;雷暴云发展旺盛时刻DE方案和LP方案出现三级性电荷结构,而YS方案在整个雷暴云过程都是偶极性,并且DE方案和LP方案中电荷空间分布区域更加广泛。(3)不同核化方案下雷暴云放电特征存在差异,YS方案在偶极性电荷结构背景下没有负地闪产生,而DE方案和LP方案中次正电荷区的存在促进了负地闪的发生,并且负先导出现在较低的高度范围内;DE方案和LP方案中电荷量级较大,因此云闪发生频次以及正、负先导传播次数增加明显。     

1963年4-6月吉林地区降水性层状冷云中的冰晶与雪晶

1963年4—6月,在吉林地区15次降水性层状冷云的飞行中,用铝箔取样器观测了云中的冰晶与雪晶,共取得432份样品资料。本文将利用这些资料,研究降水性层状冷云中冰晶与雪晶的一般特征。其结论有:(1)云中冰晶(直径为1.1—0.3毫米)的平均浓度为26.2个升~(-1),雪晶(平均直径为1毫米)的平均浓度为0.18个升~(-1);(2)浓度频率的分布较集中,大多集中出现于平均值的一倍以内;(3)云中冰晶与雪晶的平均状况与云顶温度及高度密切相关,云顶温度愈低,高度愈高,云中冰晶与雪晶的平均浓度愈大;(4)云中不同温度或不同高度处的冰晶与雪晶状况是不同的。     

为延长冰晶生长期的过冷云风洞研究

本文概述了改进后的过冷云风洞各部分的结构和工作,讨论了实验测量及分析结果。由于延长了冰晶自由悬浮时间,可从实验室人工模拟出淞晶、密淞,类霰和霰粒。初步探讨了各类型冰晶向淞结生长转化的时间阈值。分析了不同生长时间淞晶基面(2a)、棱面(c)、下降速度、质量增长率与温度的关系。     

冰尘——兼论“是冰针还是针状雪晶”

大气中的冰晶都是由于冻结—凝华过程而产生的,冰晶的基本形状只有几种,如片状(板状)、针状、柱状……等。但是,这种冻结—凝华过程可以出现于不同的天气条件下,这时所形成的冰晶形状尽管相似,却被称为不同的“天气现象”(如霜、晶状雾凇、雪晶、冰针……等)。 什么是冰针呢?我国现行规范关于冰针的规定是:“飘浮于空中的很微小的片状或针状冰晶,在阳光     

如何处理这个记录?

1988年2月26日14时的定时观测,我站出现了一次干、湿球温度都在零上,而湿球结冰的情况。对于这个记录,我站几个观测员有两种不同的看法。 一种看法是:湿球温度在零上,是根本不可能结冰的。因为从温度条件上看,不具备结冰的条件(即水的冰点为0℃);况且我站出现这样的情况是     

双参数微物理方案在WRF单柱模式中的模拟检验和对比研究

利用耦合Milbrandt 2-mon(MY)和Morrison 2-mon(MOR)两种双参数微物理方案的WRF中的单柱模式,对TWP-ICE(Tropical Warm Pool International Cloud Experiment)试验期间的个例进行数值模拟。通过与观测资料和云分辨率模式的模拟结果进行对比发现:两种双参数微物理方案能较好地模拟出TWP-ICE期间热带云系的宏观和微观的特征。模拟的降水率、地表向下长波辐射和大气顶向外长波辐射的量级、时间演变趋势与观测相一致;总的液相和冰相水凝物的垂直分布以及随时间的演变特征总体与观测以及云分辨率模式的结果也较接近。在整个时期,两种方案水云中的雨滴宏观和微观特征差异较小,而云滴混合比在两种方案之间的差别显著;冰晶对冰云的贡献在MY方案中占据主导地位,而MOR方案中雪在冰云中扮演的角色相比于在MY方案中更为重要。微观上与MY方案相比,MOR方案中的云滴是由数量更大的小云滴构成,但冰晶却是由数量较少的大冰晶粒子构成。微物理过程转换率的区别是造成两种方案冰云宏观分布特征差异的主要原因。与冰晶和雪有关的微物理过程转换分析表明:活跃期两种方案中与冰晶有关的主要微物理转换项有冰晶的凝华增长、冰晶向雪的自动转化、冰晶被雪碰并以及冰晶的沉降过程。而雪主要的转换项包含沉降和凝华过程等,其中MY方案中雪的主要转换项更为丰富。该时期两种方案冰晶和雪的主要微物理转换项的垂直分布以及量级特征的差异同冰云的宏观分布相一致。季风抑制期,两种方案中冰晶主要的源汇项包括凝华增长和沉降过程。MY方案中凝华凝冻核化也是主要的源汇项之一。抑制期MOR方案中高空的雪发展较强,参与的微物理过程较MY方案更为丰富,主要转换项比MY方案高出约一个量级。     

用环流资料做秋季低温预报

我站利用《气象科技资料》1976年第3期附刊所提供的环流资料,试做秋季低温预报,初见效果。具体做法是以本站9-10月第一次出现连续两天日平均气温低于20.0℃作为秋季低温,这种情况出现对后季稻的扬花、授粉有不利影响。我们用500毫巴西太平洋月平均副高面积指数1-5月份之和作横座标,上一年9月份亚欧平均经向环流指数作纵座标,对秋季低温出现日期作点聚图,在图上画出等日期线,发现这个图有很好的规律性(二十二年中仅1966年一年偏差较大)。     

冷云中冰晶浓度的分布特征

本文分析了世界气象组织于1981年在西班牙进行的增雨计划试验中法国飞机取得的云微物理资料。结果表明:(1)积云、层积云、雨层云中冰晶浓度值均可达10~2—10~3/升量级,其数值大小与云型无关,与云有无降水产生无关。(2)无论降水云或非降水云中在-3—-7℃范围内均出现高浓度冰晶,而在降水云中另外还存在二个冰晶高浓度区,处于-9—-12℃及-17—-19℃范围内。(3)发现在-3—-7℃温度范围内同时有大的软雹及大量的小冰针,並有相当数量d≤15μm和d≥24μm的过冷水滴存在,由此可认为-3—-7℃范围内出现高浓度冰晶可能是由于碎裂次生机制作用的结果。(4)产生降水的云,其云底温度与云顶温度之差值都达到或大于15℃     

青海东部一次强冰雹的微结构及生长机制研究

2004年8月18日青海省东北部大通、互助出现一次强降雹过程,利用多普勒雷达观测资料分析了冰雹云生长过程并利用现场观测的雹谱和收集的雹块进行了冰晶、气泡结构和同位素研究分析。结果表明:雹谱呈双峰型,雹块呈锥状,少数为椭圆体。冰雹切片中,雹胚以霰为主;雹块按生长方式分为四层,中间两层冰晶最长、厚度较大,表明这两个层次是这次降雹雹块的主要生长区,其生长高度较低、温度较高,生长厚度较大。锥形雹块的气泡以径向纹理为主,近似于椭圆形的雹块中的气泡以纬向纹理为主。雹块中的气泡浓度分布皆呈单峰型,气泡谱宽不超过100μm。雹块透明、不透明层气泡浓度不完全一致,有所起伏。对各层氘同位素的测量结果表明,雹块生长温度相应在-10.0~-24.0℃,生长高度相应在4.5~9.0 km(海拔高度),雹块在相对湿融的气层中,上、下翻滚增长,与冰晶分析的结果基本一致。     

青海东部一次强冰雹的微结构及生长机制研究

2004年8月18日,青海省东北部大通、互助出现一次强降雹过程,利用多普勒雷达观测资料分析了冰雹云生长过程;利用现场观测的雹谱和收集的雹块,进行冰晶、气泡结构和同位素研究分析,结果表明:雹谱呈双峰型,雹块呈锥状,少数为椭圆体。冰雹切片中,雹胚以霰为主;雹块按生长方式分为四层,中间两层冰晶最长、厚度较大,表明这两个层次是这次降雹雹块的主要生长区,其生长高度较低、温度较高,生长厚度较大。锥形雹块的气泡以径向纹理为主;近似于椭圆形的雹块中的气泡以纬向纹理为主。雹块中的气泡浓度分布皆呈单峰型,气泡谱宽不超过100μm。雹块透明、不透明层气泡浓度不完全一致,有所起伏。对各层氘同位素的测量结果表明,雹块生长温度相应在-10.0--24.0℃,生长高度相应在4.5-9.0km(海拔高度),雹块在相对湿融的气层中,上、下翻滚增长,与冰晶分析的结果基本一致。     

冰晶增长对热量收支的影响

使用二维云分辨模式研究冰晶增长过程(云水到冰晶的冻结增长和通过水汽凝华冰晶到雪的增长)对热量收支的影响。采用4种冰晶增长参数化方案模拟了热带到中纬度地区的4个降水个例。研究发现:(1)高冰核浓度的ZENG方案和SHEN方案引起对流层中上层辐射加热增多,这与它们模拟的冰晶在对流层中上层增多有关。(2)高冰核浓度的ZENG方案导致模拟区域—平均的局地温度变化在对流层上层出现异常减小值,这与它在热带个例中导致垂直热量通量辐合减少和在中纬度个例中导致潜热加热减少有关。(3)尽管高冰核浓度的ZENG方案引起质量加权平均的辐射加热增多,但是它在热带个例中引起地表感热通量减少和在中纬度个例中引起潜热加热减少,最终导致4种参数化方案计算的模拟区域—质量加权平均的局地温度变化基本一致。