基于LAPS资料的一次冰雹过程数值催化模拟研究

基于3维冰雹云模式,采用局地分析预报系统高时空分辨率分析场作为初始场,对鄂西北地区2009年4月15日发生的一次降雹天气过程进行数值模拟,分析了强对流发展过程的流场、雷达回波、水成物粒子演变特征以及催化机制。研究表明:基于高时空分辨率资料的3维冰雹云模式,能够较好地模拟冰雹云的形成发展演变及人工催化后微物理过程响应。模式输出的雷达回波强度及回波顶高与雷达实测资料相近,最大反射率因子分别为70 dBz、65 dBz,强回波中心基本上位于6~7 km处。冰雹云发展过程中呈现典型的低层辐合、高层辐散特征,消亡过程流场相反;冰雹胚胎形成主要源于冻滴自动转化,碰并云水和雨水促进冰雹增长;不同时间、不同剂量的催化对于防雹效果差异显著,催化时间越早,催化剂量越大,效果越好。     

用三维冰雹云模式模拟贵州一次冰雹过程

运用中国科学院大气物理研究所建立的完全弹性三维雹云数值模式,模拟了2007-05-20夜间贵州省西南地区的一次降雹过程。分析了雹云的流场结构、含水量场等物理量的分布及演变。结果表明,模拟雹云的流场具有明显的辐合辐散结构;冰雹粒子呈现明显的“循环”增长过程;冰雹含水量中心的演变与冻滴含水量中心的演变相一致。     

贵州地区冰雹云微物理过程及发展机制数值模拟研究

为了进一步探究贵州地区冰雹云的形成、发展机制和冰雹增长的微物理转化条件,运用三维冰雹云模式对该地区2012—2015年12个冰雹个例进行数值模拟研究,结果发现:各种水成物有利的空间分布是雹粒增长的物质基础,且上升气流与水汽相变之间存在一个正反馈效应,冰雹粒子主要以霰粒子为胚胎进行增长,增长方式以霰自动转化成雹为主。在再生冰雹云发展过程中,雹云首次发展过程结束时,高空仍维持4 km及以下很低的0℃层高度,是再生冰雹云发展的热力环境条件。降雹区地面气流辐散,导致两侧区域形成较强的气流辐合上升,是再生冰雹云发展的动力条件。气流在辐合的同时,又使原降雹区的水汽源源不断地向两侧气流辐合区汇合,是再生冰雹云发展的水汽来源。冰雹云中冰晶和霰粒子含量的迅速增加,为冰雹的再次增长提供了有利的微物理物质转化条件。     

一次冰雹云过程及其冰雹形成机制的模拟研究

利用常规气象资料和多普勒天气雷达资料,从天气形势和雷达回波演变特征等方面对2011年6月24日发生在洛阳嵩县的一次冰雹过程进行了分析,并利用三维弹性冰雹云催化模式对该冰雹云进行了模拟研究,分析其冰雹形成的物理机制。结果表明:本次过程在天气形势上属于下滑冷槽型。多普勒天气雷达资料上表现为单个单体的强对流风暴,最大反射率≥65 dBz,回波顶高达到14 km,降雹前垂直积分液态含水量具有明显的跃增;径向速度场上出现了大范围明显的逆风区。三维冰雹云模式对该冰雹云具有较好的模拟能力,模式模拟的最强回波与实况一致,雹云中含水量中心与强上升气流有很好的配置,在云的发展阶段,主含水量中心是强上升气流的指示。冰雹的雹胚主要来自冻滴和霰,在冰雹形成期间,冻结形成的冻滴和转化产生的霰数量上相差不大,但是冻滴向雹的转化比例却是霰的6倍,即在地面强降雹之前,雹云中的雹胚主要来源于冻滴;而冰雹的增长在前期主要靠收集过冷雨水,后期主要靠收集过冷云水;适量的冰晶、雪和丰富的过冷水的存在对雹的形成和增长极为有利。     

一次冰雹天气过程的云系发展演变及云物理特征研究

利用中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecasting)的数值模拟,结合NECP/FNL再分析资料、地面、探空、多普勒雷达基数据和卫星产品等观测资料,综合分析了2014年3月30日发生在贵州省西南部的一次冰雹天气过程。研究了有利于冰雹发生的环流特征和环境条件,分析了冰雹云系的发展演变特征、云微物理结构特征,初步分析了冰雹形成的云物理机制。结果表明:此次冰雹天气是典型的低压辐合线型降雹类型,地面降雹位置位于700 hPa切变线和近地面辐合线附近及南侧;发生此次冰雹过程的对流云系经历了对流云系的初生阶段、合并加强阶段、成熟降雹阶段和东移阶段。贵州地区上空对流云系的微物理结构具有混合相云特征,高层为冰晶、雪,中层为云水、霰,低层为雨水、冰雹。霰和云水是形成雨水和冰雹的主要来源,霰撞冻过冷云水和霰的自动转化是冰雹形成的主要微物理机制。     

一次大冰雹形成机制的数值模拟

利用可模拟冰雹尺度的三维冰雹分档对流云模式,研究了2014年7月16日北京一次大冰雹的形成过程。此次冰雹天气过程的地面降雹最大尺度为7 cm,对流有效位能为1785.3 J·kg-1,具有上干下湿的大气层结条件。数值模拟的冰雹云顶高度达13 km,与雷达观测比较一致,模拟的最大上升气流达30 m·s-1。由于风切变较大,冰雹云出现明显倾斜垂直结构,使冰雹云持续时间较长。此次大冰雹形成的微物理过程具有明显特点,冰雹云中-35~-10℃层存在含量达12~16 g·kg-1的高过冷雨水累积区,冰雹胚胎主要通过受到冰晶接触扰动的过冷雨滴冻结产生,其产生率量级达10-2 g·kg-1·s-1,冰雹增长过程主要依靠雹胚撞冻过冷云水,其增长率的量级与冰雹胚胎产生率的量级一致。     

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.     

一次强对流的三维数值模拟分析

利用中国科学院大气物理研究所的完全弹性三维雹云数值模式（IAP—CSM3D）,对2007年7月21日发生在湛江的一次强对流进行数值模拟,分析了强对流的气流结构、垂直涡度、雷达回波及含水量分布变化特征。结果表明,模拟的回波最大强度与雷达实测结果较吻合。模拟的强对流发展阶段气流结构的典型特征为下层水平辐合,上层水平辐散,气流在5km高度发生转向;处于成熟阶段的底层辐合比发展阶段的更强。随着时间的推移,近地层气流先辐合后辐散,下沉辐散气流一直持续到冰雹云消散。模拟的风暴云高含水量中心与强回波中心相对应,出现在上升气流最大区域附近,这说明该风暴云的动力场与物质场配合较好。     

青藏高原东部冰雹形成机理的数值模拟

利用中国科学院大气物理研究所发展和改进的三维冰雹云模式,对青藏高原东部甘肃省玛曲县的一例冰雹云过程进行了模拟研究。结果表明:玛曲冰雹云中冰雹胚胎以霰胚为主;在地面降水中,固态降水占降水总量的46%,而霰占固态降水的65%,霰主要靠撞冻雨水和云水增长;雹云中存在较弱的过冷雨水累积带,累积带的维持时间也很短,累积带中的过冷雨水有利于雹块的增长,但不起主要作用;雹块的增长主要是通过雹撞冻云水,其次是撞冻雨水增长。     

云南一次典型降雹过程的冰雹微物理形成机理数值模拟研究

冰雹形成的微物理机理是人工防雹的重要科学依据,但对我国西南地区冰雹形成的微物理机理研究很少。利用中国科学院大气物理研究所三维冰雹分档云模式对云南2016年7月11日一次冰雹云过程进行了数值模拟研究,揭示了冰雹形成的微物理机理。此次冰雹云生成发展快,强度大,是西南山区典型夏季冰雹云。数值模拟的降水、降雹和回波强度等物理量与对应的观测量基本一致。模拟的冰雹云的最大上升气流速度达到28.7 m s?1。通过对冰雹形成的微物理过程分析研究表明,雹/霰胚的主要生成来源是通过过冷雨滴的概率冻结产生的冻滴,占95%,而冰晶碰冻雨滴产生的雹/霰胚仅占5%,这与国外和我国其他地区雹/霰胚产生的来源和冻滴所占比例有明显差别;形成的雹/霰胚直径多数集中在0.3 mm至3.0 mm范围,雹/霰胚主要通过对过冷云水的碰并过程实现增长,直径小于0.3 mm的雹/霰胚较难增长;大雨滴冻结成较大直径的雹胚,可促成短时间内形成冰雹;在雹云发展过程中存在短时的过冷雨水累积带,但过冷雨水累积带对雹/霰胚的增长贡献不大。     

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.     

一次冰雹天气特征及人工防雹对策

利用天气学、多普勒天气雷达原理及天气预报经验对2011年8月23日发生在鄂尔多斯市康巴什地区冰雹天气过程进行分析,冰雹天气发生时雷达回波中反射率因子强度达到65dBz,有多个回波强核组织在一起,垂直积分液态水含量达到55kg.m2.天气图表现为前倾槽及上冷下暖不稳定对流区,地面为蒙古气旋南压到鄂尔多斯。当上述特征值出现时,可以发布冰雹天气预警,制定防雹作业指挥方案,为防灾减灾决策提供科学依据.     

沂源县冰雹气候特征与防雹作业

分析沂源县1959～1998年的降雹特征及主要天气系统，根据雹云移动路径。对人工增雨防雹炮位进行科学布设，制定了相应的防雹作业流程，作业效果显著。     

三门峡市冰雹出现规律与防雹工作探讨

利用1971-2005年三门峡市冰雹天气过程资料,分析了冰雹时空分布特征、主要影响系统、本站要素指标及雷达回波特征等,结果表明:渑池县降雹次数最多,灵宝次之,卢氏最少;降雹集中在4-8月,13-19时降雹几率最高.三门峡降雹的天气形势主要有蒙古-华北冷槽、冷涡型和西北气流型.受上述天气系统影响时,500 hPa有冷平流,若地面连续2～3天增温增湿,有可能出现冰雹天气.此外,雹云雷达回波强度＞50 dBz,云顶高度＞10 km,云顶温度＜-40℃,垂直积分液态含水量有明显的跃升.是降雹的前兆.     

重庆冰雹气候特征及人工防雹对策

利用重庆34个县1960—2004年的气象志、县志资料及1980—2004年的MICAPS资料,对重庆冰雹的时空分布特征、环流背景、冰雹路径等进行了综合分析。重庆冰雹在空间上存在东多西少的特征,东北部山区是冰雹频发地;近50年冰雹具有"少—多—少-多"的非均匀周期变化趋势,20世纪80年代后明显增多;月际变化呈"双峰型"分布,高峰期为4—5月和7—8月,6月相对较少;重庆冰雹天气以局地对流为主,系统性对流次之,产生系统性对流天气的环流背景分为3类,即低涡型、西北气流型和高空低槽型,其中西北气流型是主要影响系统,约占62%。给出了重庆主要冰雹路径图并提出了人工防雹的对策建议,以提高人影作业的科学性和有效性。     

一次强降雹天气过程的人工防雹作业

通过对一次高炮人工防雹作业的分析研究，以降雹雹谱资料及雷达回波为依据，提出了对强降雹天气过程人工防雹的新思路，并依据收集到的地面降雹雹谱资料，客观地分析了人工防雹的效果。     

会东县冰雹灾害成因和防雹方法的分析研究

凉山彝族自治州会东县是全国主要的烤烟生产区,每年6～10月极易发生冰雹灾害,通过对地形地貌和每年6～10月天气系统的分析,找到了会东县的主要孕灾因子,分析了会东县高炮作业的最佳方法。结果表明：会东县的冰雹天气系统有四种,分别是高空冷平流型、高空低槽型、高空强辐散型和暖湿气流型;会东县的冰雹孕灾环境有两个,一个是地形地貌,一个是6～9月的暴雨天气;会东县冰雹天气类型为本地型约24%,输入型约19%,局地型约57%,高炮作业挥洒碘化银是会东县主要的防雹方式,通过这种防雹方式,烤烟生产受冰雹灾害的影响会大大减小。     

阿克苏地区雹灾特征及其防雹效益分析

统计新疆1951—2007年1870条雹灾资料,用气候趋势系数、二阶主值函数分析其长期变化趋势,对防雹前后(以1978年和1990年为界)趋势系数进行比较,分析防雹效果。用Mann-Kendall法进行突变分析,采用morlet小波分析其振荡周期发现,阿克苏地区雹灾损失在20世纪90年代达到最大,之后开始减少。雹灾受灾面积、雹灾次数分别在1972年和1976年发生了明显的突变。受灾面积和雹灾次数存在10～12 a和15～17 a的周期,雹灾经济损失存在5 a和8 a左右的周期。20世纪90年代阿克苏地区形成大规模综合防雹体系以来,防雹效果显著,平均每年雹灾受灾面积实际减少趋势为2.6%,经济损失实际减少趋势为4.4%,雹灾次数实际减少趋势为6.2%。     

昭苏垦区冰雹发生规律及防雹技术探讨

根据气象资料初步分析了农四师昭苏垦区冰雹发生规律和成因,并提出了人工消雹作业的雷达回波指标和作业技术要求。     

防雹决策指挥系统在防雹作业中的应用

大连市人工防雹决策指挥系统在大连的人影业务运行中取得了较好的应用效果。通过例举2012年6月7日的一次降雹天气过程,介绍了系统业务功能以及实时指挥防雹作业的技术流程,再现了系统对雹云初始回波、雹云类型的自动判别,以及作业预警、决策和作业方案量化输出等技术环节和实时科学作业指挥过程。通过系统运行和科学作业指挥,有效地抑制了雹云的发展,同时避免了盲目作业带来的炮弹的损失和浪费,起到了防雹和增雨的综合效果。目前该系统已实现业务化运行。