对流云人工增雨作业等级预报

结合南方对流云人工影响天气作业特点，在人影作业判据各项分指标的基础上，提出一种综合性判据，为基层人影作业提供操作性较强的人影作业指标。通过2001年作业试验，将作业等级结论与积云数值模拟结果和实际降水进行分析，验征了人影作业等级预报的可行性，这对于对流云人工影响天气作业指挥具有实际的意义。     

卫星遥感人工增雨作业条件 II:层状云

通过卫星多光谱资料的定标,利用可见光反射率、3.7 μm和11 μm辐射亮温,反演了云顶粒子有效半径、云顶温度等云特征参数.运用图像合成技术,建立了反映云宏、微观特征的RGB合成图.利用发展的多光谱云微物理综合分析方法,通过极轨卫星分析了不同过冷层状云及其降水特征,结合增雨假设,总结出适宜人工增雨作业的卫星判据为:云厚大于1.5 km,云顶温度-5～-15℃时,有效半径小于25 μm;或云顶温度-15～-25℃时,有效半径小于15 μm.利用可见光反射率、云顶温度和有效半径多阈值建立人工增雨播云等级和分级显示.通过静止卫星跟踪云系演变,进一步确定播云部位和作业时机,指导人工增雨作业.     

鄂西北夏季对流云降水微物理过程数值模拟

为了深入研究对流云降水微物理过程特征,为局地对流降水预报和人工增雨提供更多的参考依据,利用三维双参数对流云模式,使用常规单站探空资料,开展湖北两北部山地夏季对流降水实例的批量数值模拟,使用地面降水量和雷达回波资料检验模拟效果,统计分析降水微物理过程特征,归纳总结冰相粒子的形成、增长机制,以及液念水和冰相粒子的相互转化机制。结果表明：（1）对流云模式能够较好地模拟实际对流降水的一些宏观微观特征;（2）当地夏季主要是对流冷云降水,冰相过程是形成降雨的主要物理过程;（3）冰相过程巾过冷水、霰、冰晶之间的相互转化过程是主要的冷云降水形成机制。     

2018年青海人工增雨天气环流形势及作业条件统计分析

对2018年飞机人工增雨作业时的77个天气样本进行分析,以大气环流形势配合冷空气入侵青海的不同路径将人工增雨降水过程分为4种环流型：两槽一脊型、东高西低型、纬向环流型、横槽转竖型。作业云系以层状云和积层混合云为主;主要作业层风速在16 m·s^-1左右;作业层主导风向在230°~280°。雷达回波强度和雷达回波顶高在4种环流型中没有明显区别。卫星反演云顶高度中东高西低型云系平均发展较深厚,纬向环流型和横槽转竖型中云系发展较高但并不深厚;云顶温度最低在-40℃;最大光学厚度在13左右;过冷层厚度在2.7 km左右。云内微观条件中：有效粒子半径在13 μm左右;液水路径在东高西低型中较高在209 μm左右。     

南京周边地区夏季对流云降水的雷达回波特征与人工增雨

本文利用1998～2002年南京713数字化天气雷达资料,对南京周边地区(距南京150km范围内)7、8、9三个月所有有高显的对流云降水回波进行了统计分析。统计结果发现：南京及其周边地区夏季对流云降水回波在平显上以带状为主,所占比例超过为58．2％,其次是孤立的对流云降水回波,所占比例达到22．6％。在高显上,回波顶高在0℃层以下的降水回波较少,不到10％,回波顶高在0℃～-10℃之间的占11．7％,在-10℃～-20℃之间的占15．3％,-20℃以上的达到63％以上,说明南京及其周边地区夏季对流云中暖云的降水几率很小,大部分为发展旺盛、负温区比较深厚的对流云,这种云是人工增雨作业最理想的云。本文的研究为正确把握作业的时机、催化的部位及用弹量,以便有效地作业,提供了依据。     

广东春季降水特征和人工增雨作业条件分析中多普勒雷达产品应用

利用广东省新一代天气雷达径向速度和基本反射率及其衍生产品,对具有人工增雨潜力的降水过程径向速度特征进行了分型,对各种类型径向速度和对应的反射率及衍生产品参数进行了统计分析,提出了广东中北部春季不同的径向速度特征对应不同的降水云系,应采用不同的人工增雨作业方式。通过对回波顶高度和温度的分析,归纳出广东中北部春季人工增雨的作业高度。还分析了春季广东中北部有利于降水的有效对流位能以及影响系统、水汽等天气条件,举例说明新一代天气雷达各种产品在人工增雨作业中的综合应用。     

人工增雨降温机理的数值模拟研究: 对流云个例试验

为减轻夏季用电负荷,2004年我国许多省市实施了碘化银催化增雨降温作业。本文利用数值模拟方法讨论了强对流云(冰雹云)催化降温的机理。模拟结果表明,实施碘化银催化后,地面降雨量增加、降雹量减少、地面温度降低。催化使得云中冰晶、霰和雨水的含量增加,造成云雨蒸发、霰的融化(蒸发)及冰晶升华量增加,从而使空气温度降低。     

地形云人工增雨条件卫星探测反演个例分析

选取2007年6月21日陕西白于山区地形云降水过程,用极轨卫星资料反演高空间分辨率的云微物理特征.对云降水物理结构分析表明:(1)山前云区(迎风坡)云顶亮温(T)为-31℃,粒子有效半径(Re)为9μm,含有丰富过冷水,缺乏冰晶;(2)T=-20℃的低云在有高云参与的情况下,产生了较多的降水;(3)山前云区面积约400...     

NPP/VⅡRS卫星反演青藏高原夏季对流云微物理特征

青藏高原（下称高原）对东亚大气环流、气候变化及下游灾害性天气形成、发展有重要影响,研究青藏高原云微物理特征有重要意义。但因高原台站稀少,对云微物理研究不充分。NPP（National Polar-orbiting Partnership）卫星ⅦRS（Visible Infrared Imaging Radiometer Suite）传感器包含17个中分辨率通道（750 m）和5个高分辨通道（375 m）,具有反演初生小块对流云的优势,能够利用NPP/ⅦRS反演对流云的微物理特征。利用NPP/ⅦRS卫星格点对流云云物理自动反演（Automatic Mapping of Convective Clouds,AMCC）软件对高原地区2013-2017年夏季（6-8月）过境的ⅦRS资料进行了反演,得到了高原对流云的宏、微观物理特征,并计算了这些物理量在0.33°×0.33°格点上的平均值。分析得出如下结论:（1）反演云底温度（T_b）与那曲探空计算抬升凝结温度（T_LCL）线性相关,相关系数为0.87,均方根误差为3.0℃。（2）高原对流云宏、微观物理特征为:一是云底冷（T_b为-5℃）,云底离地高度为1800-2200 m,云内含水量低;二是云底云凝结核数浓度（N_CCN）为200-400个/mg,最大过饱和度（S_max）为0.7%,N_CCN少,S_max大,云滴凝结增长速率更快;三是降水启动厚度（D₁₄）小,为1500-2000 m,雅鲁藏布江流域及藏南地区D₁₄约500-1000 m,更加容易形成降水;四是云顶海拔高度为10-13 km,云厚度从南部5000 m逐渐减小到北部2500 m,云厚有限;五是晶化温度高,从中部、南部-30℃到北部-25℃,加之高原T_b < 0℃,使得云内降水粒子以冰相为主。（3）高原对流云的这些微物理特征决定了其降水具有多发、短时、量小、滴大的特点。这些结论进一步深化了对高原夏季对流云的科学认识。      

人工增雨催化作业技木

人工影响天气的研究始于20世纪40年代,在70年代达到了巅峰。目前,中国、美国、俄罗斯、以色列、南非、泰国、印度、印度尼西亚、墨西哥、阿根廷、澳大利亚、日本、阿拉伯联合酋长国和古巴等国继续开展着人工影响天气汁划。人工增雨是指在适当条件下通过向目标云播撒适量的催化剂,以影响云物理过程,从而实现增加地面降水的活动,包括冷云人工增雨和暖云人工增雨。     

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.     

山东降水云系微物理结构数值模拟和播云条件分析

利用MM5V3.5中尺度数值模式和现有基本气象业务资料,对主要影响山东的2003年4月17日春季暴雨和2002年10月24~25日秋季冷锋降水过程进行数值预报,在预报效果较为理想的基础上,利用模式输出资料,特别是利用Reisner霰方案计算的云水、雨水、冰晶、雪和霰比含量数值,分析了中尺度对流云系不同发展阶段、冷锋层状云系不同部位的云降水微物理结构特征和差异,展示了背景场动力、热力和水汽输送等条件在云降水过程中的主导作用,并分析了降水云层可进行人工催化的条件。     

Microphysical Properties of Convective Clouds in Summer over the Tibetan Plateau from SNPP/VIIRS Satellite Data

The Tibetan Plateau (TP) plays an important role in formation and development of the East Asian atmospheric circulation, climate variability, and disastrous weathers in China. Among the many topics on TP meteorology, it is critical to understand the microphysical characteristics of clouds over the TP;however, observations of the cloud microphysics in this area are insufficient mainly due to sparse stations and limited cloud physical data. The Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VⅡRS), onboard the Suomi National Polar-orbiting Partnership (SNPP) satellite, has an improved imaging spectroradiometer with 17 channels of 750-m moderate resolution and 5 channels of 375-m image resolution. The high-resolution instrument has an advantage for observing the small or initial convective clouds. Based on the methodologies that we proposed before for retrieving cloud microphysical properties from SNPP, an automated mapping software package named Automatic Mapping of Convective Clouds (AMCC) has been developed at the scale of satellite swath. The properties of convective clouds are retrieved by AMCC and their values are averaged over 0.33°×0.33° grids based on the SNPP/VⅡRS satellite data over the TP during the summers of 2013-17. The results show that:(1) the temperature of lifting condensation level (TLCL) at Naqu meteorological station and the cloud base temperature (Tb) retrieved from VⅡRS are linearly correlated, with a correlation coefficient of 0.87 and standard deviation (STD) of 3.0℃;(2) convective clouds over the TP have the following macro-and microphysical properties. First, the cloud base temperature (Tb) is about -5℃, the cloud base height above the ground (Hb) ranges between 1800 and 2200 m, and the cloud water content is low. Second, the cloud condensation nuclei concentration (NCCN) is between 200 and 400 mg-1 with 0.7% in maximum supersaturation (Smax);consequently, the condensation growth of water cloud droplet with less NCCN and higher Smax is fast. Third, because the precipitation initiation depth (D14) varies within 1500-2000 m and 500-1000 m at the Yarlung Zangbo River basin and southern Tibet, respectively, the clouds over these areas are more prone to precipitation. Fourth, mean height of the cloud top above sea level (Htop) is between 10 and 13 km, but the cloud depth (Dcld) is rather small, which is about 5000 m in southern TP and gradually reduces to 2500 m in northern TP. Fifth, the glaciation temperature (Tg) ranges from -30℃ in central and southern TP to -25℃ in northern TP, which, combined with the warmer Tg and the Tb less than 0℃, leads to the domination of ice process in the clouds;(3) the macro-and microphysical properties of convective clouds over the TP explain why rainfall there is frequent and lasts over a short time with small amount and large rain drops.     

毫米波云雷达功率谱密度数据的检验和 在弱降水滴谱反演中的应用研究

本文首先利用数值模拟的方法,分析了利用毫米波云雷达功率谱密度反演雨滴谱时,降水粒子米散射效应、空气湍流、空气上升速度等对雨滴谱和液态水含量等参数反演的影响;建立了功率谱密度处理及其直接反演雨滴谱、液态水含量、降水强度和空气上升速度的方法;并利用2012年7月在云南腾冲观测的二次弱降水数据,采用毫米波雷达和Ku波段微降水雷达观测的回波强度、径向速度垂直廓线以及780 m高度上的功率谱密度对比的方法,以及毫米波云雷达观测的780 m高度上功率谱密度、回波强度与地面雨滴谱计算得到的这些量的对比方法,分析了毫米波雷达数据的可靠性;并将780 m高度上毫米波雷达反演的雨滴谱与地面雨滴谱数据进行了对比,分析了毫米波雷达反演的雨滴谱的准确性;分析了毫米波雷达回波强度偏弱的原因,讨论了该高度以下降水对毫米波雷达衰减的影响。结果表明:空气湍流对弱降水微物理参数反演影响不大,而空气上升速度和米散射效应均对反演结果有一定影响;毫米波雷达观测到的径向速度和功率谱密度与微降水雷达比较一致,回波强度的垂直廓线的形状与微降水雷达也比较一致,但毫米波雷达观测的回波强度偏弱;与雨滴谱计算值相比,毫米波雷达观测的低层的回波强度也偏弱,天线上的积水是造成毫米波雷达回波强度变弱的主要原因。毫米波雷达观测的低层的功率谱密度与地面雨滴谱观测的数据形状比较一致,但有一定的位移。毫米波雷达反演的雨滴谱与地面观测的谱型和粒子大小也比较一致。这些结果初步验证了毫米波雷达观测的功率谱密度及其反演方法的可靠性。     

气象卫星资料在飞机人工增雨效果评估中的应用

在2000年3月14日飞机人工影响天气作业过程中，极轨气象卫星实时遥感探测提供了人工增雨情况的一些证据。分析了作业后催化剂扩散情况，并且就风对催化剂的输送，地面增雨效果进行了探讨。初步结果：（1）本次过程在作业1小时23分钟后，最大自由运动扩散宽度11km，催化剂自由运动扩散区约为2508km^2，在云顶形成约1505km^3的塌陷区。（2）卫星资料分析，风的输送作用区约为7500km^2，为自由运动扩散区的3倍，是催化剂扩散的主要因素。     

东北冷涡中尺度云系降水机制研究 I: 观测分析

利用机载云粒子测量系统等仪器对2003年7月8日冷涡云系的积层混合云探测的资料,分析冷涡云系中的微物理结构、微物理过程和降水形成机制.结果表明:在4km以上高度,2-DC粒子浓度随高度快速增加,而粒子平均直径逐渐减小,粒子在下落过程中获得了增长.积层混合云中对流云在垂直方向上出现明显的分层的微物理结构:4.6km以上高度只存在针状冰晶;4.5～3.5 km高度,存在过冷水和冰相粒子.过冷水含量较高,冰相粒子除针状冰晶外,还有少量冰雪晶聚合体或霰粒子,其中在紧靠0℃层之上的3.5km高度,主要存在冰雪晶聚合体或霰粒子.在紧靠0℃层之下,粒子为椭球形,还有一些未完全融化的冰晶,再降低200 m高度,粒子完全是球形,这里完全是雨滴.降水粒子主要是雨水.云系液态水含量十分丰富,过冷水含量最大值可达3.3 g/m3,云体上部也达到2.0 g/m3.云垂直方向上微物理结构分析表明,云中冰晶除了通过冰核核化形成外,可能还存在冰晶的繁生过程.冰晶产生后通过聚并进一步长大,撞冻过冷水也是冰雪晶增长的方式之一.在云的暖区降水粒子为雨滴,其中至少有一部分是由冰相粒子(冰晶聚合体或霰粒子)融化形成.因此冷云过程参与了降水形成过程.     

The Vertical Transport of Air Pollutants by Convective Clouds. Part I: A Non-Reactive Cloud Transport Model

A convective cloud transport model, without chemical processes, is developed by joining a set of concentration conservative equations into a two-dimensional, slab-symmetric and fully elastic numerical cloud model, and a numerical experiment is completed to simulate the vertical transport of ground-borne, inert gaseous pollutant by deepthunderstorm. The simulation shows that deep convective storm can very effectively transport high concentrated pollutant gas from PBL upward to the upper troposphere in 30 to 40 minutes, where the pollutant spreads laterally outward with strong anvil outflow, forming an extensive high concentration area. Meanwhile, relatively low concentration areas are formed in PBL both below and beside the cloud, mainly caused by dynamic pumping effect and sub-cloud downdraft flow. About 80% of the pollutant gas transported to the upper troposphere is from the layer below 1.5 km AGL (above ground level).