大气冰核谱分布对对流风暴云人工催化影响的数值模拟研究

2002年9月在青海省河南县人工增雨综合试验基地开展了人工增雨外场综合观测试验.根据这次实验得到的大气冰核资料,以及文献给出的另外两组常用的冰核资料,利用中国科学院大气物理研究所研制和发展的三维对流云人工催化数值模式,讨论了3类不同大气冰核谱环境对模拟对流风暴云人工催化增雨效果的影响,模式中还考虑了国内人工影响天气部门常用的RYI-6300型和WR-1B型人工增雨防雹火箭播云弹道的差异.模拟结果表明,3类不同大气冰核谱环境对模拟对流风暴云的宏观和微观参量分布结构有很大影响,在这些对流云中进行火箭播云催化试验得到的播云效果也有很大差异.大气环境中高温冰核浓度低,而低温冰核浓度高时,对流风暴云人工催化将导致云中冰晶过量,不利于对流风暴云降水增加.在大气环境中高温冰核浓度较高,并且低温冰核浓度较低时,对流催化风暴云可获得最高的人工增雨效果.在青海试验区的大气冰核谱环境下,火箭催化对流风暴云增雨有一定效果.对不同地区进行人工增雨作业时,了解清楚当地大气冰核的基本背景状况对于正确地评估播云效果非常重要.文中还给出了导致这些结果差异的物理解释.     

福建石塔山冰核浓度的观测结果

本文主要介绍用微孔滤膜法观测冰核的仪器装置及活化冰核的方法。用1984年5月福建石塔山的观测结果初步分析了冰核浓度随活化温度变化的规律、石塔山冰核的平均浓度和冰核浓度随时间的演变,并与同时的Bigg云室观测结果及国内外资料作了比较,其平均冰核浓度量级相同,为5—9个/升。     

南京地区大气冰核浓度的测量及分析

2011年5～8月期间使用5L混合型云室以及静力扩散云室对南京不同成核机制的大气冰核进行了观测,进而分析了近地层冰核浓度特征。结果表明:活化温度为－20°C时,5L混合型云室观测的总冰核浓度为20.11个/L,静力扩散云室模拟高水汽(计算的云室内水面过饱和度为5%)和低水汽(计算的云室内冰面过饱和度为5%)条件下冰核浓度分别为0.93个/L以及0.29个/L。晴好条件下冰核浓度具有明显的日变化特征,白天冰核浓度高于夜间;在下午时段冰核浓度达到全天最高值,这说明大气冰核可能与大气湍流强度、人类活动以及工业污染有关。降水对冰核的清除作用明显,台风系统过程中冰核浓度明显增加。南京地区冰核浓度随温度降低和湿度增加而增加。后向轨迹模式分析表明东北海洋气团冰核浓度最高,不同气团中冰核浓度的差异随着活化温度的降低而减小。个例分析秸秆燃烧生成的PM₁(大气中直径小于或者等于1 μm的颗粒物)与冰核关系发现燃烧产物对冰核有一定的贡献。     

白城地区春季的大气冰核

1964年4月30日到5月25日,在吉林省的白城地区进行大气冰核观测。结果发现,这里的冰核浓度随温度递减增加很快,某些时候,大气中也存在有-10℃很活跃的冰核。 来自我国西北干燥区域的河套倒槽和内蒙气旋所含冰核浓度最大,来自苏联半干燥区域的贝加尔湖气旋所含冰核浓度次之,北方冷高压中所含冰核浓度最小。同时,冰核浓度还随能见度的好坏相应减增。这说明,冰核浓度与气团源地、天气系统是密切相关的。风沙中的土壤粒子可能就是大气中起主要作用的冰核。     

新型扩散云室搭建及其对黄山地区大气冰核的观测研究

本研究利用自行搭建的大气冰核高压静电采样器和静力真空水汽扩散云室,并结合其他大气冰核及气象要素观测仪器,于2011年5～9月及2012年9～10月在黄山三层不同高度上同时进行大气冰核及相关气象要素的连续观测。结果显示:黄山地区总冰核数浓度平均为18.74 L-1,凝结冻结核化冰核数浓度平均为0.79 L-1,凝华核化冰核数浓度平均为0.19 L-1。黄山地区冰核数浓度,随着高度的增加而减小;且存在春季较高、秋季居中、夏季较少的季节变化规律;下午达到一天中的最高值,夜晚达到一天中的最低值;总冰核数浓度较北方少。黄山山顶冰核数浓度随活化温度的升高而减小,随过饱和度的升高而增大,随风速的增强而增大,长期主要由西南风向山顶的输送,且其主要由大粒子来充当。     

1995和1996年春季北京地区大气冰核浓度的观测与研究

利用毕格型混合云室于1995和1996-春季在北京西郊观测了4种温度条件下的大气冰核浓度.分析了冰核浓度逐日变化特点,与1963-的观测(方法相同)结果进行了对比分析.发现30 a来,冰核浓度平均约增加了15倍.根据严重污染天气条件下能见度与冰核浓度的相关分析,推测人类活动作为冰核源的权重,冰核浓度增加.分析发现大气中高活性冰核在大气中的滞留时间明显小于低活性冰核.结合冰核活性与粒子尺度的相关,分析推测了大气冰核浓度随高度递减的特点,推测高活性冰核随高度递减更快.分析中参考了世界各地的观测结果,并对不同观测方法观测的结果进行了分析对比,对其中一些地区差异和特点进行了探讨.冰晶浓度与云中气溶胶粒子浓度的相关分析表明,两者有较好的正相关关系.高冰晶浓度常对应有较窄的粒子谱和较小的浓度峰值直径.利用飞机观测的云中雪粒子浓度与冰粒子浓度资料分析结果表明两者有正相关;初步分析表明,大气冰核浓度除对冰云微结构和云中降水过程有重要影响外;还可能对云的辐射特征产生影响,从而影响大气气候过?＃     

用滤膜法观测大气冰核的静力扩散云室

用滤膜法观测大气冰核的静力扩散云室本项目是在中国气象局云物理基金资助下完成的。它是通过模拟冰核活化环境对大气冰核（或人工冰核）浓度进行观测，研究冰核活化机制，为云物理和人工影响天气的研究提供基本参数的设备。该设备由大气气溶胶粒子滤膜取样器、扩散云室及...     

沙尘气溶胶对大气冰相过程发展的敏感性试验

利用分档云动力学模式,研究了沙尘气溶胶输送过程中在不同大气背景环境条件下对云内冰相粒子形成、发展和降水过程的影响.通过敏感性试验发现:在背景气溶胶浓度不断增加的情况下,冰相降水率以及冰相降水在总降水量中的比例逐渐减小;只有在大陆性云和污染严重的地区,含有一定比例可溶性物质的沙尘粒子提高了大气中的巨核浓度,使云中冰相降水质粒提前出现,有利于降水的形成.另一方面,当把不可溶矿物气溶胶粒子作为有效的大气冰核参与云降水形成的物理过程时,由矿物气溶胶引起的大气冰核浓度增加在一定程度上抑制云中冰相降水质粒的发展,部分抵消巨核对降水的促进作用.     

静力扩散云室中用滤膜测定自然冰核活化数的过饱和谱和温度谱

本文利用滤膜法在静力扩散云室中,系统地测定了自然冰核活化数的湿度谱和温度谱,发现冰核浓度随温度降低而增加的规律必须满足一定的湿度条件,而且冰核增长的倍数远低于Fletecher的结果。根据测定资料对云室内的湿度场进行了检验,讨论了云室内冰核的活化机制,提出了因云室内滤膜收集的大量凝结核活化产生水汽消耗所引起的冰核浓度订正值的概量。     

北京地区1963年春季冰核浓度变化特点的观测分析

1963年3月18日至4月30日在北京利用混合型云室进行了-15℃至-30℃温度范围内冰核浓度的测定。得到了在4个温度下(-15°,-20°,-25°,-30℃)的平均冰核浓度和冰核浓度的逐日变化的观测结果。 当能见度变低和测点处于市区的下风方向时,观测到的冰核浓度显然较高,这表示城市污染是造成北京地区冰核浓度逐日变动的一个重要原因。另外,在有风砂现象时也常观测到冰核浓度的相对增加,看来北京地区的土壤可能是冰核的另一个比较次要的来源。     

我国北部地区大气冰核观测的分析研究

1964年3月15日—4月15日分别在兰川、西安、大连三地进行了大气冰核的观测,观测温度为-20℃,采用比重1.22—1.24白糖溶液检验冰晶。由观测资料分析得出,我国北部地区春季冰核浓度为8×10~3个/米~3,最大浓度10~5个/米~3,冰核浓度的变化具有明显的地区特点,冰核浓度的急剧变化与天气过程有密切联系。     

一种浸润冻结机制冰核测量装置(FINDA)的搭建与应用

为了定量评估降水（雨、雪、雹等）和大气中冰核浓度,搭建了一种新型的离线式冰核测量装置（FINDA）用于检测浸润冻结机制的冰核。对多通道测温元件进行了改装和校准,并利用红外热成像仪动态校准了冷台水平温差,开发了自动化软件实现对测量过程的控制和数据分析。通过超纯水冻结实验、雪水及大气样品中冰核检验评估了FINDA的测量性能。结果表明,FINDA温度测量偏差随温度降低而线性增大,?25℃时误差为±0.75℃;超纯水初始冻结温度平均为?21.27±1.45℃,中值冻结温度（T₅₀）平均为?25.65±0.64℃;对同一降雪融水样品中冰核浓度温度谱检测,FINDA与其他冻滴设备测量结果基本一致,同冰核浓度下温度偏差小于3℃;大气样品中冰核?20℃时比在线连续流量扩散云室测量值略高,与国际上其他学者的结论一致。FINDA能够有效获得0—?25℃每隔0.25℃的冰核浓度谱,超纯水和试验操作引入的冰核对测量结果影响很小。设备的广泛应用可帮助深入了解大气冰核在混合云降水中的作用,为预报和云模式的本地化改进及对云降水理论研究提供重要的实验数据和理论基础。      

冰核浓度变化对云辐射的模拟试验

文中利用中国气象科学研究院 2 0 0 0年版三维对流云模式 ,假设冰核浓度比现在模式中通常用来计算实际降水量的Fletcher给出的冰核浓度增大了 5倍 ,对北京地区 1996年 6～ 9月 18次降水过程作了模拟的对比分析。结果发现 ,80 %的模拟云在冰核浓度增大后都出现降水减小 ,云顶卷云毡面积扩大 ,云顶升高 ;95%的模拟云出现冰晶尺度变小 ,数量增多的现象。说明冰核浓度增大后 ,云的物理特性会有一些改变 ,并可能通过直接和间接作用改变辐射过程从而产生一定的气候效应     

新疆天山山区大气冰核浓度的测量及分析

利用2001年6、7月份在新疆天山山区两个取样点取得的冰核资料，计算了山区中的冰核浓度，研究了冰核平均浓度日变化、日际变化的规律，并分析了天山山区冰核浓度与一些气象因子的关系及可能原因。得出以下结论：天山山区的大气冰核主要来源于地面土壤，比较缺乏；冰核浓度易受气象因子、地表状况的影响，日变化和日际变化明显．     

大气冰核谱对雷暴云微物理过程及起电影响的数值模拟

利用已有的二维对流云模式,讨论了三种不同的冰核谱对雷暴云微物理、起电及电荷结构的影响。模拟结果表明:(1)不同的冰核谱环境对雷暴云中冰相粒子的含量及分布具有明显作用。冰核谱的垂直温区越大,产生的冰相粒子分布越广。在冰核浓度较大的个例中,冰晶和霰粒子的含量高,更多的小冰相粒子出现在海拔更高的区域;(2)高温区冰核的数量会对上升气流速度产生显著影响。高温区的冰核越多,冰相粒子在微物理发展过程中释放的潜热越多,上升气流强,对流发展越旺盛;(3)在低温区冰晶浓度高的谱环境个例中,雷暴云中的非感应起电率和感应起电率高,导致起电量增加。高温区冰核多的谱环境,大量冰晶和霰获得正电荷形成次正电荷区,电荷结构呈现三极性;而高温区冰核少的谱环境,参与起电的水成物粒子少,易形成偶极性电荷结构。     

贺兰山地区大气冰浓度的测量及初步分析

根据１９９４年在银川和阿拉善左旗观测得到的冰核资料,给出了两地不同天气条件下的大气冰核浓度,分析并讨论了冰核浓度与风、降水、天空状况等的关系,给出了飞机在空中测量冰核的结果。     

大气中的生物冰核

众所周知,雨、雪、冰雹的形成与云中冰相的生成和发展有密切关系,而云中冰相的生成,在温度不太低时,是与被称作“冰核”的杂质有关的。几十年来,气象学家对大气中的成冰核进行了许多研究,为核成分和核源问题提供了大量重要的线索。一般认为,冰核的主要来源有:地面土壤微粒,矿物尘埃,工业烟尘,火山爆发的火山灰以及流星尘埃和海洋来源等。这些核源的冰核一般在—10℃以下活化。但温度高于—5℃的云中有时观测到也会产生冰晶。在火山较多的太平洋沿岸观测到的大气冰核浓度也并非很高。所有这些,说明冰核的来源和性质实际上还不真正清楚。Soulage 在1957年首先发现生物物质可以作为大气冰核,曾报道过细菌在云室中可以成为冰晶的核心。Vali(1968)发现含有大量有机物质的天然土壤比单纯的粘土土壤有更好的成冰活性。Schnell和 Vali(1972,1973)报道了在天然生长的植物的分     

贺兰山地区大气冰核浓度的测量及初步分析

根据 1 994年在银川和阿拉善左旗观测得到的冰核资料 ,给出了两地不同天气条件下的大气冰核浓度 ,分析并讨论了冰核浓度与风、降水、天空状况等的关系 ,给出了飞机在空中测量冰核的结果。     

碘化银播云的持续效应

澳大利亚进行播云试验地区及其附近地区降水记录的统计学考察强烈地显示出播撒的滞后效应。最明显的效应是增加了播撒日后1—3周的降水,从而使播撒成果的传统的统计学估算出现错误。通过与早期结果和地面播撒碘化银后冰核浓度持续增加的某些观测结果相比,可以说播撒的持续效应中包括了次生冰核的作用。如果是这样,那么次生冰核必定比碘化银本身能更有效地增加降水,因而推想可能有比迄今为止使用的方法更好的促进降水的方法。     

一次冬季层状云的人工催化效果响应分析

2018年1月22日在邢台市区倒槽天气系统在低空形成的层状云中利用空中国王飞机搭载的粒子测量系统对水云进行催化作业探测资料,通过催化前后不同尺度的云粒子微物理变化和卫星监测结果,研究人工催化后效果响应,人工催化后目标云效果响应是降水量增加与催化作业之间证据链的重要一环,为增水效果分析提供坚实基础。结果表明,冬季冷云发展过程中,当云凝结核较为同一、且云被限制在某一层内,形成浅薄云层时,云粒子均质增长形成直径为4～6μm过冷水滴组成的水云,最大含水量为0.2 g·m~(-3);催化作业后,人工冰核消耗丰富的过冷水迅速增长形成冰晶及冰晶聚合体,催化使云粒子浓度200 cm~(-3)迅速降到15 cm~(-3),100～1000μm冰晶和雪晶浓度增长到150 L~(-1),1000μm以上降水粒子浓度增长到70 L~(-1),出现直径达6000μm雪花,表明催化促进降雪形成;催化影响区形成无云或少云云区,葵花8卫星云图上沿催化轨迹呈现为深色云带,表明此次催化作业效果显著。