山东冰雹形成机制及雹云催化技术模拟——个例研究

利用中国科学院大气物理研究所开发的三维全弹性冰雹云模式,对2006年7月5日山东境内一次以冰雹、雷雨大风为主的强对流过程进行模拟,分析了冰雹的形成机制。结果表明:79%左右的冰雹胚胎是霰,雹胚以霰为主,霰主要来自于冰雪晶与过冷雨水碰撞冻结以及雪的自动转换过程,霰形成后主要靠碰并过冷云水、雨水增长,而冰雹主要质量来源是霰的自动转化以及碰并过冷云水增长。人工催化试验表明:在强对流云中冰雹含量达到0.1 g·m^-3前1～4 min进行催化,能有效抑制冰雹粒子的增长,在过冷水含量中心(5.5 km)上方1.0～1.5 km催化防雹效果较好,在其下方催化防雹效果较差;剂量越大防雹效果越好。AgI主要以凝华核的作用产生人工冰晶,冰晶凝华增长导致过冷云水含量降低。催化后雹胚特别是霰胚的数量增多,对过冷云水的竞争增强,其平均尺度、质量均减小,降低了雹胚向冰雹的转化率。冰雹碰并过冷云水增长也被减弱,导致冰雹总质量进一步减少。     

雹云成雹机制及最佳催化方案的数值研究

应用中科院大气物理研究所建立的三维雹云模式,对河南南阳1999年5月9日一次降雹过程进行了数值模拟.模拟结果表明云内存在过冷水累积区,冰雹在过冷水累积区长大;使用不同催化方案催化后,均能起到减少地面降雹的作用,但是在雹云形成的不同时间、不同的催化部位和使用不同的催化剂量,其消雹效果不一样,在冰雹形成前于过冷水累积区催化效果最好.     

一次冰雹云过程及其催化试验的数值模拟分析

本文应用中科院大气所建立的三维完全弹性冰雹云模式，对2000年6月9日发生在江苏射阳地区的一次冰雹云过程及其催化试验进行了数值模拟，根据模式输出的高时空分辨率资料，分析了冰雹云发生发展过程中的热力和动力场作用及微物理过程的变化，对这次冰雹云形成的机制作了初步分析，并作了一系列碘化银催化试验，对催化防雹的物理机制又进行了较为深入的探讨。     

雹云成雹机制及最佳催化方案的数值研究

应用中科院大气物理研究所建立的三维雹云模式，对河南南阳1999年5月9日一次降雹过程进行了数值模拟，模拟结果表明：云内存在过冷水累积区，冰雹在过冷水累积区长大；使用不同催化方案催化后，均能起到减少地面降雹的作用，但是在雹云形成的不同时间、不同的催化部位和使用不同的催化剂量，其消雹效果不一样，在冰雹形成前于过冷水累积区催化效果最好。     

南阳市冰雹天气过程和人工防雹作业研究

利用1990-2003年南阳市出现的70个冰雹天气过程资料,分析了冰雹分布的特点、源地、移动路径和出现冰雹天气时的天气图、探空及雷达资料.结果表明:西峡、内乡、邓州、唐河冰雹发生较多,冰雹天气多出现在4-8月,在13:00-22:00时段内发生的冰雹约占92.4%;降雹天气形势有西北气流型、低槽(低涡)型、西南气流型;当T850-400>36 ℃,08时0°层高度H0≤4817m, T地面-400≥42.4 ℃或39.6 ℃≤T地面-400<42.4 ℃且T-TD<3.5 ℃,地面总温度Tσ≥60 ℃时可作为冰雹预报的条件.冰雹云团的雷达回波特征为组合反射率因子≥60 dBz, 回波顶高≥11 km, 垂直积分液态水含量≥30 kg/m2.     

过冷雨水低含量条件下冰雹形成和增长机制及其催化效果的数值模拟

利用中国科学院大气物理研究所开发的三维全弹性冰雹云模式,对美国对流降水协作试验（CCOPE）期间观测的1981年8月1日雹云进行模拟,讨论在过冷雨水低含量条件下冰雹形成和增长机制及其碘化银催化效果。结果表明:(1) 自然云的模拟与观测事实一致,如最大上升气流速度、云顶高度、流场结构以及雹胚组成等。(2) 雹胚以霰为主,霰主要来自冰雪晶与过冷小水滴的碰冻,其次来自雪的积聚转化;霰、冻滴和冰雹在形成后主要靠碰并过冷云水增长。(3)人工催化试验表明,碘化银主要以凝华核（包括凝结－冻结）的作用产生大量的人工冰晶,加速了过冷水向冰晶的转化,过冷云水因而大量减少;催化后霰和冻滴的数浓度增大,对过冷云水的竞争增强,其平均尺度减小导致转化成雹的数量减少;冰雹碰冻过冷云水的增长在催化后也被削弱,导致冰雹总质量进一步减少。此外,催化后降雨量也显著减少。     

冰雹云中累积区与冰雹的形成的数值模拟研究

应用三维冰雹云模式对陕西旬邑地区的一次降雹过程进行模拟,结果表明:冰雹云中存在过冷雨水的累积区,其出现在最大上升气流之上,其中累积的过冷雨水含量随着云的发展而变化.冰雹生长在此累积区内.催化试验结果表明,在过冷雨水的累积区内播撒AgI粒子能取得较好的防雹效果.     

晋中市人工防雹减灾系统研究

利用雷达探测信息、地面气象观测资料和高空探测资料 ,通过计算机分析处理 ,对冰雹天气的发生、发展进行分析预报 ,并计算多单体任意雹云核心部位的覆盖面积 ,对不同地理位置的各炮点 ,经过极坐标和三维直角坐标系的变换 ,确定雹云相对于不同空间位置的各炮点的准确位置 ,并对各炮点不同弹型的弹道方程进行连续模拟和分析计算 ,最终确定在炮控范围内的雹云体内弹着点的准确位置 ,并通过计算云中含水量、零度层高度、云体体积 ,准确得出各个炮点的射击诸元 (射击仰角、方位、扇面和射击剂量等 ) ,通过通讯网络 ,通知各有关炮点实施作业     

防雹现状回顾和新防雹概念模型

文章回顾了我国防雹作业现状,指出防雹原理的物理基础及实际作业中存在的某些重要问题。结合播撒防雹原理和实施中的一些疑问,详细讨论了爆炸防雹的一些机制,给出播撒防雹和爆炸防雹作业的部位（作用区）,以及如何利用已有观测手段来判定它的位置。在此基础上,提出了新的防雹概念模型,为防雹作业工程体系设计提供了参考依据。     

冰雹云探测技术研究进展 ——基于巴彦淖尔人工防雹技术研究试验

“西北人工影响天气能力建设项目巴彦淖尔人工防雹技术研究试验”于2018—2021年在内蒙古巴彦淖尔地区开展,本试验在该地区已有探测设备基础上增加X波段双偏振雷达、二维雨滴谱仪、测雹板等特种观测设备,以科学合理的设备布局及观测方式为基础开展外场研究试验,研究建立适宜于内蒙古自治区巴彦淖尔人工防雹作业特点的技术体系。利用C波段多普勒雷达、地面降雹资料研究分析了巴彦淖尔地区降雹时空分布特征、冰雹云移动路径,得出巴彦淖尔地区降雹天气主要发生在每年6—8月、12—20时的河套地区,主要冰雹云移动路径是自西北向东南(46.7%),其次是自西南向东北(26.2%);研究分析了2019年测雹板观测地面降雹特征,根据测雹板反演出的冰雹粒子最大直径为19.9 mm,最小为3 mm,总体能较好反映降雹区域的降雹实况,降雹粒子数分布近似于指数分布,拟合的指数分布系数为N_(0)=6349、θ=0.4153,且在粒子直径为5 mm时存在“左截断”现象(3~5 mm直径区间粒子数少),误差产生的主要原因有凹坑重叠、人工数据读取等因素。     

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。     

爆炸防雹中的云微物理机制的探讨

在综合实验和观测结果的基础上 ,提出了能形成大雹的雹胚 ,在它运行增长中常会有一个下伸到 0℃层以下融化 ,又再进入主上升气流区上升到 0℃层以上再次冻结的过程。发生这一过程的位置是雹云的悬挂回波所在的冰雹胚胎帘区的底部 ,如果在这个位置利用爆炸引起由雹胚融化而形成的液滴破碎 ,会改变大雹的运行轨迹 ,从而抑制大雹的形成。同时还利用数值模式模拟研究了该机制 ,结果表明该机制是合理的。     

爆炸防雹中可能动力机制的探讨

文中在进一步归纳观测现象和分析爆炸产物能力的基础上,提出了爆炸扰动气流和重力波破碎可以对气流产生显著影响的物理假说,并应用数值模式模拟了扰动气流对基本流的作用,得到的结果与物理假说所预期的相一致;也与过去的实验或试验结果相一致。这说明爆炸(瞬时)产生扰动场,扰动场(维持一段时间)再与基本场相互作用来影响基本流(更长维持时间),看来这可能是爆炸影响基本流的主导途径。     

高原东部地区一次雹云成雹过程的数值模拟

本文利用一维半时变双参数积云模式，对高原东部地区一次西风槽影响下的冰雹天气过程进行了数值模拟。讨论了该雹云内的动力、热力特点以及过冷云滴、冰晶、霰、雹的产生和转化以及降水粒子碰并增长等物理过程。对高原雹云的成雹机制作了初步探讨     

基于主分量法的雷达回波资料的雹云识别及其效果检验

本文用主分量分析法建立了雷云等强对流天气的综合判别式。该方法首先由某地区的雷达回波历史资料,建立判别指标之间的相关系数矩阵,然后用主分量分析法确定因子荷载,并由荷载矩阵。相关系数矩阵确定判别指标权重,从而建立雹云等强对流天气的综合判别式。该方法用成都市的雷达回波历史资料所建立的判别式对成都市试报和对沪州市进行了效果检验,并将判别结果与综合概率法比较,效果尚好。表明该方法用于雹云判别是可行的。     

山地上冰雹云的数值试验研究

建立了一个适用于复杂地形的冰雹云模式。模式是二维、弹性、非静力、采用地形跟随价值、包含双变参数冰相微物理过程参数化。使用实测的初值条件和环境场进行试验。对理论对称型山地的不同初始位温扰动作模拟。结果表明,当初始位温扰动在迎风坡和山顶时冰雹云发展较弱,而当初始位温扰动在背风坡和平原时冰雹云发展较强。当初始位温扰动在背风坡时冰雹云的降雹量约为当初始位温扰动在迎风坡时冰雹云降雹量的６倍。山地上冰雹云的发     

安徽闪电与雷达资料的相关分析以及机理初探

WSR-98D多普勒天气雷达和新型闪电定位仪是监测灾害性天气十分有效的手段,利用合肥多普勒天气雷达的物理量产品和中国科技大学研制的新型闪电定位仪资料,对2001年7月24日、2002年5月27日、2004年4月6日发生在安徽省的冰雹和强降水的3次天气过程的闪电与雷达回波特征做相关性分析和机理初探,发现一些有意义的统计规律：（1） 闪电发生的数目和变化与回波顶高（ET）有较好的对应关系, 而与垂直含水量积分（VIL）对应关系不明显;（2） 强对流天气的云地闪中正地闪与负地闪发生频次相当,甚至超过负地闪,但正地闪比较分散,负地闪比较集中,闪电发生的位置与强回波位置不一致,云下一般存在一个次正电荷层;（3） 强降水天气的负地闪占优势,闪电发生的位置比较集中并且与强回波位置一致,云下没有正电荷层;（4） 垂直累积液态水含量（VIL）和回波顶（ET）很小处出现的闪电是由云砧和对流云分裂的碎云产生的.     

冰雹云中闪电特征观测研究

通过对西北地区11次冰雹过程闪电定位仪和多普勒雷达观测资料的分析结果表明,闪电5min频次分布呈现规律变化,在降雹前4-97min出现频次大于20次的峰值,冰雹过程正地闪占总地闪比值在24．7％-40％之间;闪电密度最大中心区出现在降雹位置之前,闪电逐时空间分布标识出冰雹云的发展移动路径;闪电分布在雷达回波区,并不与雷达最强回波区对应,闪电频次、正地闪所占的比值和闪电时间序列分布,可能起到预警冰雹的作用。     

两次华北冷涡过程雹云结构特征及AgI催化效果数值研究

用三维完全弹性非静力平衡雹云模式模拟了不同低涡雹云演变特征和人工引晶催化效果,结果表明:冷涡雹云中不存在大量的过冷雨滴,过冷水几乎是由云滴组成的,雹胚形成以云霰转化为主,由冰相过程形成降水粒子。近地面有薄逆温层云体,云底温度高,云中垂直运动强,云中过冷云水含量增长迅速且丰富。在雹云主要上升气流到达的过冷水含量大值区下方和过冷水大值区中心部位分别一次引进×107/kg碘化银粒子进行大剂量催化试验,碘化银主要以凝结-冻结方式核化成冰,雹胚浓度增加,雹胚过多争食抑制冰雹增长,使得冰雹直径明显减小。     

NUMERICAL SIMULATION STUDY OF CLOUD INTERACTION AND FORMATION MECHANISM OF HEAVY RAIN IN MIXED CONVECTIVE-STRATIFORM CLOUD

Using the numerical model of mixed convective-stratiform clouds(MCS)in the paper(Hong1997)and the averaged stratification of torrential rain processes,the evolution processes,interaction of the two kinds of clouds,structure and the precipitation features in the MCS toproduce heavy rain are simulated and studied,and the physical reasons of producing torrential rainare analysed.The results indicate that the stratiform cloud surrounding the convective cloudbecomes weakened and dissipates in the developing and enhancing of the convective cloud,and therainfall rate and water content in the stratiform cloud increase as the distance from the convectivecloud becomes larger.The numerical experiments find out that the stratiform cloud provides abenificial developing environment for the convective cloud,i.e.,the saturated environment and theconvergence field in the stratiform cloud help to lengthen the life cycle of the convective cloud,produce sustained rainfall with high intensity and intermittent precipitation with ultra-highintensity.These and the ice phase microphysical processes are the main factors for the torrentialrain formation and the MCS is a very effective precipitation system.