人工影响暖云过程吸湿性催化研究

介绍了近年来吸湿性催化的一些最新理论、新催化剂研制和播撒方法的研究,并分析了近期4个不同地区吸湿性作业试验结果:南非和墨西哥试验试图引入吸湿性凝结核,增宽云滴谱,加速凝结过程;泰国和印度试验试图引入活跃的凝结核,跳跃性地开启碰并过程.两类试验均促进云滴早期发展,产生比自然状态下更多的降水.此外通过暖云催化试剂在云室中催化湿空气的试验,来初步评估吸湿性催化的效率.     

吸湿性物质催化云雨的研究进展

用氯化钙溶滴消暖雾已经70年了,后来细盐粒子或盐溶液也被用于催化暖云,希望它们在云中形成雨胚,启动或加速碰并过程以增加降水.20世纪60年代,飞机播撒盐粉、地面烧盐粉成为我国人工影响暖云的主要方法,普遍反映有增雨效果,由于当时条件限制,没有进行严格的科学验证;同时,因为实施中播撒剂量大,对飞机又有腐蚀而被搁置.十多年前南非在人工增雨中开发了产生吸湿性微粒的新型焰弹技术,用于暖性对流云催化,通过随机化试验取得了具有统计显著性的增雨效果,这一结果在墨西哥的试验中得到重复;另一方面,泰国一直使用粗吸湿性粒子催化暖积云,近年来的随机化试验也证明能增加降水,但是降水的增加是4 h后在被催化云的新生云中出现的.这些结果重新激起人们对暖云催化的兴趣,成为当前国际云雾物理和人工影响天气领域的热点问题之一.     

一次人工催化雹云作业技术总结

1994年5月3日凌晨，在高空深厚大楷和地面冷锋的配合下，形成强单体雹云移经我州偏南地区。惠水、罗甸、贵定和平塘各县防雹作业点，在无雷达回波报告的情况下，抓住时机，适时开炮，迎击雹云。全过程共用人雨弹541发，使跳跃式发展的雹云受到明显的削弱。却保了防区和下风方免遭冰雹的袭击。但在防区外，特别是罗甸县本设防的沫阳镇遭到冰雹大风的袭击，损失惨重。现将这次防雹作业技术总结如下：1天气形势5月2日08时700hPa，在四川盆地有一低涡，我州处于华北到西南深厚大槽前部，槽后有冷平流。地面图上，在川南、康定。成都、万县有一…     

地形云催化增雨试验研究进展

地形云作为最具有前景和可行的人工影响云系,受到人工影响天气工作者和研究人员的关注。本文分析了国内外地形云催化增雨野外科学试验的历史进程,总结了野外科学试验中取得的成果,梳理了在地形云催化增雨试验中需关注的几个关键科学问题,包括对地形云自然降水过程的分析、地形云系统中过冷水在云内的分布、山地云系的微物理过程演变特征及其与中尺度动力结构的关联,介绍了宁夏开展地形云野外科学试验的实践,提出了加快地形云催化野外科学试验,提高地形云云水资源开发利用的对策及建议。为解决中国西北地区干旱问题,推动黄河流域生态环境保护及高质量发展提供了一种思路。     

人工影响天气飞机播云作业有效催化范围的模拟评估

针对人工影响天气飞机播云作业效果评估需求,提出一种基于拉格朗日粒子扩散模式FLEXPART-WRF的催化剂催化范围模拟评估方法.以典型催化剂碘化银为例,开发催化剂物理化学特性参数清单模块,结合飞机播云特点和模式源项特点,将飞机不规则线性播撒方式离散化为连续移动点源播撒方式,实现模式对飞机播云的模拟能力.通过对一次飞机播云作业的模拟试验,证实了模拟评估方法的可行性和有效性.     

新型暖云催化剂吸湿性能试验研究

针对我国暖云催化剂的实际需求优选出一种硅铝酸盐化合物,并对这种暖云催化剂的吸湿能力、吸湿速度和放热能力进行对比性试验分析。结果表明,该暖云催化剂在吸湿能力和吸水速度上优于以往使用的水泥、食盐、硅藻土、尿素等材料,平均吸水量达到217. 2 mg·g~(-1),吸湿速度比其他催化剂高出1～2个数量级,吸湿性能优于以往催化剂,并且具有较好的放热能力,有望成为性能良好的暖云催化剂。该暖云催化剂成分接近土壤成分,不含重金属和有机物,对环境没有任何危害。     

液滴催化暖云降水的最佳播撒技术

用液滴催化暖云降水，达到“以小得大”的降水目的，结果指出：液滴催化暖云降水的最佳播撒高度和最佳播撒效率受到云中垂直气流速度（ｗ），云含水量（Ｑ），云滴半径（ｒ）和云层厚度（△Ｈ）的制约。     

三江源地区对流云吸湿性催化的数值模拟

采用二维分档对流云模式,模拟研究了不同的云凝结核(CCN)背景下三江源地区对流云及其降水的发展,以及吸湿剂的催化效果。结果表明:该地区对流云以冰相过程为主,霰粒子在降水发展过程中具有支配性的作用;初始CCN数浓度增加使降水延迟、降水量减少;催化效果在初始CCN数浓度较高的环境下更好;在云发展的早期,于云底上升气流区播撒吸湿剂,能够获得较好的降水增加效果;对催化结果起决定作用的是粗粒子,小粒子对催化起到负作用。这些结果表明,在合理的催化方案下对该地区作吸湿性催化能得到较为理想的增雨效果。     

祁连山云系云微物理结构和人工增雨催化个例模拟研究

人工影响天气的学科基础是中小尺度天气动力学与云降水物理学,需要将天气-动力-云降水物理耦合为一体。考虑到目前将天气动力学性质的基础数值模式用于人工影响天气中的问题,从数值模式动力方程、模式分辨率、云物理过程、数值求解方案、初边值条件等方面系统地探索了发展人工影响天气数值模式中一些需要重点解决、且不可忽视的特色问题,并举例对相关问题提出了解决思路和方法。期望提出的问题有助于构思更适合于人工影响天气数值模式,使数值模式功能真正向满足人工影响天气的要求靠近一步。     

几种消暖云（雾）催化剂性能的实验研究

本文选取了十一种吸湿性物质,对它们的吸湿特性进行了实验研究,对其中一些吸湿性能较好的催化剂开展了云室消雾试验,结果表明,这些物质的吸湿能力及其随相对湿度变化的分布有较大的区别,其饱和状态下的平衡增长率也有较大差异,水泥类物质中,矿渣水泥及普通４２５＾＃Ｋ水泥的吸湿特性与氯化钠类似,氯化钠、氯化铵及矿潭水泥的云室消雾效果较好,但其作用机理可能有所不同。     

吸湿性播撒对暖性对流云减雨影响的数值模拟

利用以色列特拉维夫大学二维面对称分档云模式（two-dimensional slab-symmetric detailed spectral bin microphysical model of Tel Aviv University）,对2016年9月4日16:00（北京时）前后我国华东地区的一次暖性浅对流云降水过程进行模拟,模式模拟的强回波中心高度和最大回波强度范围与观测基本一致。并在此基础上进行了小于1 μm的吸湿性核的播撒减雨试验,分别考虑了不同播撒时间、不同播撒高度以及不同播撒剂量的敏感性测试。结果表明:在云的发展阶段早期播撒能起到更好的减雨效果,播撒时间越早对大粒子生长过程的抑制作用越强,随着播撒时间向后推移,受抑制作用最显著的粒径段向小粒径端偏移;在云中心过饱和度大的区域下方进行播撒,减雨效果更加明显,当播撒剂量为350 cm-3时,地面累积降水量减少率可达23.3%;另外,随着播撒剂量的增加,减雨效果更加显著,甚至能达到消雨的效果。因此,在暖性浅对流云中合理地播撒小于1 μm的吸湿性核能达到较好的减雨或消雨效果。     

一次飞机播撒吸湿性焰剂试验的微物理探测浅析

2011年夏季,北京市人工影响天气办公室组织了吸湿性焰剂的飞机播撒试验,选取八达岭长城西北的淡积云作为催化对象.试验期间,使用装备了云探测设备的运12飞机进行播撒及云微物理探测.在6月1日的试验中,运用差异化策略分别对不同的淡积云实施了催化,探测发现云中出现了符合暖云增雨概念模型的微物理反应.随后在晴空区实施了烟羽探测试验,通过在吸湿性焰剂烟羽区的穿刺飞行,获得了正在扩散的吸湿性焰剂的粒子谱,了解了播撒后扩散区的微物理特征.     

暖底积云自然降水过程和 人工催化个例数值模拟

利用一维积雨云双参数模式模拟福建省的暖底积云自然降水过程和催化过程。模拟结果表明:暖云催化影响了降水的演变过程,不仅使总降水量增加,而且改变了降水的分布,使降水提前出现。冷云催化对降水过程没有发生明显的影响。对催化云和自然云云水和雨水含量的模拟表明:暖云催化使云中碰并过程提前出现,导致催化云中云水含量明显少于自然云中的云水含量:催化云雨水含量先是明显大于自然云中的雨水含量,随后明显小于自然云中的雨水含量。     

人工影响天气作业装备研发和应用进展

人工影响天气科学活动持续了将近70 a,其作业装备和技术方法均得到了很大的发展,已经形成空中和地面一体化作业体系。以美国、加拿大、澳大利亚、以色列、南非、泰国等为代表的国家主要使用飞机和地面发生器开展人工影响天气作业。以俄罗斯、中国、保加利亚等为代表的国家在使用飞机和地面发生器的同时,也使用火箭(或高炮)开展人工影响天气作业。随着高性能飞机的投入使用,播撒技术和催化剂配方的不断研发改进,人工影响天气作业装备整体水平有了明显的发展和提高。文章分别介绍了国内外人工影响天气飞机及机载作业装备、火箭和高炮、地面发生器、常用催化剂的研发和应用情况及未来发展趋势。     

对人工影响天气若干问题的探讨

自然降水过程一般分为成云和降水形成两个阶段, 人工影响虽然可能在降水形成阶段起某些作用, 但最终决定降水的因子还是使云产生的抬升运动和被抬升气块中的水汽含量。人工增雨作业部位和时机的选择主要取决于是否有利于云产生抬升运动。因此, 在加强云宏、微观条件观测的同时, 要特别加强对抬升运动和被抬升气块中水汽含量的观测, 而且相应的云降水数值模拟工作也要考虑能反映降水系统的动力场和水汽场模拟能力。     

国际人工影响天气技术新进展

本文总结了近年来国际人工影响天气相关技术的新进展,概述了人工影响天气试验及效果综合评估、高性能遥感探测装备在人工影响天气领域的应用、催化模式及应用、作业装备研发改进等四个主要方面的进展及现状。在分析近年来我国人工影响天气相关技术进展与存在问题的基础上,结合国际新进展,从多个方面讨论并提出了促进我国人工影响天气技术进步可借鉴的经验与建议。     

南方三类云系云结构预报和增雨作业条件分析

2013年夏季,我国南方出现了大范围高温干旱天气。8月1—22日,中国气象局人工影响天气中心利用人影数值模式为南方高温旱区开展云结构预报和人工增雨作业条件分析服务工作。文章简要回顾了2013年8月的旱情和天气过程,重点对2013年8月南方三类云系的云结构预报结果和增雨作业条件进行了分析。8月1—22日,我国南方高温旱区降水过程可分为3种类型。1—4日为台风外围云系降水;5—13日为副热带高压控制下局地对流性降水;14—22日为台风登陆后低压环流云系降水。人影模式对台风外围云系和低压环流云系降水的范围和强度基本预报正确,对云系影响时段和局地对流降水位置的预报略有偏差。利用卫星反演光学厚度、实测雨量和雷达回波检验模式预报结果,大范围云系与实况卫星反演结果比较吻合,而且能够预报出局地对流云团,以及与实况接近的云层性质和垂直结构。综合分析云带、过冷水、云垂直结构、降水等产品可知,台风外围云系和低压环流云系既有暖云降水、也有冷暖混合云降水,冷暖混合云中有最大值为0.3 g·kg-1过冷水,位于-10～0℃,冰晶数浓度较小,可能有较好的冷云催化增雨潜力;副热带高压内部局地对流云团基本为冷暖混合云降水,在初始发展阶段会出现最大值为1 g·kg-1过冷水,冰晶数浓度很少,上升运动大值区位于过冷水层下方,可能有很好的冷云催化增雨潜力。针对南方夏季积层混合云以及对流云的微物理结构和增雨条件的研究以及预报准确率还需加强和提高。     

人工影响天气碘化银催化剂研究进展

碘化银（AgI）类催化剂是人工影响天气外场试验和业务作业中使用最广泛的催化剂,其核化效率和核化机制在很大程度上影响催化效果。在总结美国、中国和欧洲多个国家利用云室和风洞研究AgI类催化剂的核化机制、核化阈温及成核率的室内实验成果的基础上,梳理利用室内实验成果发展的AgI数值催化模式,旨在为下一步优选新型高效AgI类催化剂和改进数值催化模式提供借鉴。AgI类催化剂核化机制包括凝华核化、接触冻结核化、凝结冻结核化和浸没冻结核化,其核化过程受大气温湿条件、催化剂粒子大小、成分等多种因素影响,并与催化剂粒子的燃烧溶液法、燃烧焰剂法和爆炸法等发生方式有关。目前国内外使用的AgI类催化剂含有不同成分,有多种催化剂粒子产生方式,催化剂粒子的核化机制和成核率有很大差异。将来应重点基于高性能云室和风洞,分析不同催化剂配方的核化机制和成核率,优选新型高效催化剂,改进AgI数值催化模式。     

几种粉末型吸湿性催化剂的试验研究

在云雾中播撒吸湿性催化剂是进行暖云催化降水或消暖雾的重要手段之一,而寻找高效、适宜的吸湿性催化剂仍然是当前人工影响天气领域的重要研究目标。本研究对6种具有吸湿性的粉末型稀土盐催化剂在云室中的消暖雾性能进行了对比试验。试验采用一个43m3的暖云室,在云室中分别进行无催化的空白试验和6种催化剂的消暖雾催化试验,并使用FM-100雾滴谱仪、透光度仪以及温湿度仪等仪器对云室中雾的整个发展过程进行全程观测。通过对比空白试验与催化试验的观测数据,分析了5种吸湿性催化剂在播撒后对暖雾的影响,对它们的消雾效果和催化剂作用机理进行了分析。研究结果表明:6种催化剂中有5种起到了消雾作用,其中氯化铈、硝酸镧、碳酸镧的消雾效果较好,氯化镧、碳酸铈次之,硝酸铈则没有达到消雾目的;催化剂的引入使雾的含水量、雾滴有效直径、雾滴谱等微物理特征发生明显变化,并最终对雾的发展进程造成很大影响,使雾的消散速度加快或延缓。