一种人工影响天气微型无人驾驶飞机及初步试验

人工影响天气微型无人驾驶飞机用于复杂天气下人影作业,是可控和可回收探测器和播撒器。人工影响天气微型无人驾驶飞机系统由微型飞机、任务载荷（机载撒播装置和探测装置）及地面监视控制三部分构成。飞行前通过计算机给飞机上的机载控制系统设置航线,遥控起飞后可由机载控制系统控制,飞机按照预定航线进行自主飞行。在需要修改飞行方向时,也可通过遥控终端发出指令。在到达作业高度后,通过遥控终端发出指令,飞机开始播撒作业。在整个飞行过程中飞机不断探测大气温压湿和风,连续将探测资料和飞行数据发送给地面监视终端。通过试验验证了人工影响天气微型无人驾驶飞机飞行性能和探测能力：能够在携带1 kg播撒剂的情况下,飞达6 km的高度,作业半径20 km;能在雨天进行播撒作业和探测;飞机采用手掷起飞,对起飞的场地几乎没有要求;采用降落伞降落,可选择草地、农田降落。初步分析了对对流降水和雷电天气的适应能力。     

含AgI人工冰核粒子的电镜分析

为深入认识当前人工影响天气作业中广泛使用的AgI焰剂的成冰特性, 利用电子显微镜对含AgI焰剂产生的人工冰核粒子尺度特征进行分析研究。利用环境场扫描电镜对焰剂颗粒的尺度分布和形态学特征进行研究, 利用场发射高分辨透射电镜纳米区域的X射线成分分析 (EDS) 对实验样品的颗粒结构特点和主要组成成分进行研究。实验结果表明:不同配方焰剂燃烧产生的颗粒谱分布特征有明显差异, 所取5种焰剂产生的颗粒平均谱分布, 其直径在0.02~0.50 μm之间的粒子数占98.96%, 即产生粒子绝大部分都可直接参加云内的成冰核化过程, 但其谱宽、峰值直径, 分布特征都不相同。透射电镜结果表明:焰剂颗粒的主要组成是KCl, 其表面附着AgI小颗粒, 该结构特征可能更有利于焰剂颗粒的成冰核化。利用中国气象科学研究院1 m3等温冷云室对AgI焰剂阈温对比实验表明:5种焰剂的成冰阈温在-3.5~-4.4 ℃范围内, 不同焰剂配方的阈温不同, 最大相差1 ℃。焰剂成冰核化速率主要由颗粒的大小 (均立方根直径) 决定, 同时受到谱宽、主峰位置等多种分布特征量影响, 改进配方时应综合考虑。同时, 由于高于-4.4 ℃时, 焰剂产生颗粒接触过冷水滴缺少活性, 即含AgI焰剂不适于云中较暖区的催化。     

多普勒天气雷达径向速度图上的雹云特征

不同的强对流天气造成的灾害和社会影响差别很大。通过对北京地区2001年和2002年出现的32次降雹时伴随出现的天气现象分类和对雹云多普勒天气雷达径向速度场图像特征的分析统计, 得出“大风区”、“中气旋”是经常出现降雹的多普勒径向速度图像特征。“大风区”常伴随出现强风冰雹, 而“中气旋”则常伴随出现暴雨冰雹, 这对于判别冰雹云产生什么样的天气现象是有指示意义的。     

地基GPS在暴雨预报中的应用进展

加密的地基GPS全球定位系统网具备监测中小尺度天气水汽变化的功能.利用对流层延迟与水汽之间的关系,可以建立地基GPS水汽反演方法以获取大气可降水汽总量PWV和斜路径水汽含量SWV,并通过层析算法得到三维水汽分布.PWV的时间变率、PWV水平梯度变率和区域PWV水汽辐合辐散量定量反映了水汽输送以及区域水汽增减,PWV时间序列的初始峰值在暴雨临近预报中有重要的指示意义,地基GPS网的PWV可以作为数值天气预报模式的重要资料.不同指向的SWV可以表征测站周围水汽的非均匀性质,SWV和三维水汽层析可有效用于中小尺度天气的湿度分析和降水的定量预测.结合掩星GPS和其他探测信息,GPS/MET可以在暴雨监测预报中发挥更重要的作用.     

河南省一次冷锋降水过程的水汽分布特征及其增雨潜力

选取2002年4月4～5日河南省的一次冷锋降水过程,利用实测的间隔3h一次的加密探空资料,研究了降水发展过程中云与水汽的背景分布特征。分析结果指出:云系的空间分布与等假相当位温面上的准饱和区分布一致,地面雨区与其高湿区(>85%)相对应。850～700hPa之间水汽含量最大,主要位于东—西、南—北水汽通量交汇区,这与中低空风场东—西风180°风向切变、低层水面过饱和区相对应。伴随此次地面锋线移入,高空327K等假相当位温线垂直范围扩大,600hPa以上是一个较大的中性层结区,并伴有云中准饱和区厚度不断增加,说明高积云有层云化和加厚的倾向,云内中上空位势不稳定又有利于云向上垂直发展,从而有利于降水产生。高层-15℃以上高度的冰面过饱和区有利于过冷水的形成,因而也有利于冰晶的繁生增长,零度层高度以下的水面过饱和区内水汽凝结率高,液态水成物容易生成,这对于高层冰晶效应形成的云滴在下落时,能更好的进行碰并增长。所以,此次降水过程中存在两个较好的人工催化时段,分别是5日5～8时和15～17时(北京时),这与计算雨强反映出的潜力区相一致,因此,采用计算雨强或整层大气可降水量来判断催化潜力或许更加合理,但这些基于理论分析的潜力判断需要进一步配合云中冰晶和液态水的观测资料作论证。可见,利用探空资料可计算出各种物理量,这些物理量有助于我们进一步了解云系结构及水汽分布特征,当缺乏雷达和卫星等探测数据时,这对于实际人工影响天气研究和业务作业还是有参考意义的。     

圆锥形冰雹下落末速度的实验研究

冰雹下落末速度是冰雹物理学的一个重要的运动学参数。我国新疆地区降雹中以圆锥形雹块最多,但对圆锥形冰雹自由下落末速度的研究却不多见。本文用实验方法测量了圆锥形雹块模型的下落末速度,并推导了用几何特征量表示的圆锥形冰雹下落末速度公式。实验和理论研究结果表明,圆锥形冰雹下落末速度与圆球形冰雹不同,它不是冰雹质量或大小的单一函数,而是其质量和形状参量(如锥角、底面曲率等)的函数。     

利用多普勒雷达速度资料检验三维中小尺度模式流场

数值模式调试时,需要合理快速地将观测资料用于模式的流场检验,为此建立一种新方法:将模式输出的三维风场通过正演给出模拟雷达显示,使模拟风场可以有效地和多普勒雷达的速度产品进行比较.在强降水、冰雹和大风等的个例实验中,应用上述方法对双参三维冰雹云模式风场处理,模式给出的模拟雷达结果在主要对流特征上与雷达卖测一致.试验表明,该方法能直观对比多普勒雷达风场资料,有效检验模式中间过程流场,在模式研究调试中起到辅助作用.     

巨核对暖云降水影响的模拟研究

利用耦合了新的暖云参数化方案的中尺度模式(MM5),研究了暖云降水中巨核的作用.在这个暖云方案里,先假定一个三模态的气溶胶正态对数分布,然后考虑对流、扩散、云滴和雨滴的核化(非核化)过程,再由气溶胶质量的预报量显式地计算出气溶胶的数浓度.选择了华北地区2005年6月25～26日的一次弱冷锋过程,并以此研究了巨核对云和降...     

基于观测约束的地基犌犘犁三维水汽层析技术研究

全球定位系统(GPS)卫星信号穿过大气层时发生的偏折和延迟,可以用来反演信号传播路径上的大气水汽总量。为获取区域高精度的大气水汽三维分布,借助分布密集的地基GPS观测网及其斜路径水汽观测,建立新的观测约束层析模型,提出以高斯函数为水平约束,区域逐月多年探空观测为垂直约束,即以平均量为先验值,以标准偏差为权重矩阵的新方法;并在层析算法中引入地面观测,以提高整体尤其是低层反演精度。三维水汽层析网格模型基于长江中游鄂东区域的22站地基GPS加密网搭建,实时解算系统可逐时输出三维水汽产品。三维湿折射度和水汽密度可以分别由斜路径的湿延迟总量和水汽总量观测反演获得。以2010年开展的汛期联合加密探空观测为参照,对三维层析的总体反演精度、低层反演精度、层析区域中心与边缘反演精度进行了对比和分析。结果显示:整体样本检验三维水汽密度平均偏差为-0.63 g/m~3,标准偏差为1.22 g/m~3,与探空相关系数为0.98;水汽密度与探空资料的相关比湿折射度与探空资料的相关好;对于不同层析区域,中心区域观测元数量较为丰富,使得位于中心的层析精度好于整体和边缘;加入低层观测的层析结果与探空的相关比未加低层观测时的好,低层观测的加入提高了层析与探空的相关,减小了低层层析标准差、区域中心和2 km以上层析的均差,有效提高了反演精度;低层观测的加入对整体标准差的影响,可能与加剧观测方程中长度矩阵元素间的量级差异有关。     

影响云和降水的动力、热力与微物理因素的研究概述

由于云和降水的发生、发展是大气动力、热力过程与云中微物理过程相结合的产物，因而受到这些过程的共同制约和影响。为了更加详细地了解影响云和降水的动力、热力与微物理因素，分别从3个方面概要性地进行了阐述。（1）动力作用对云和降水发展的影响：主要讨论了风切变、天气系统抬升、地形动力作用和湍流的作用等因素的作用。（2）影响云和降水发展的热力因素：分别对热力扰动、潜热的作用、辐射作用等做了分析。（3）微物理过程对云和降水发展的影响：主要从微物理过程对动力热力过程的影响、带电过程对云降水粒子的影响、以及微物理过程对云降水影响的相对重要性等方面进行讨论。并在最后扼要地指出了在研究云和降水问题时，将动力、热力过程和微物理过程结合起来研究的必要性。