2014年南京青奥会开幕式日降水过程数值模拟研究

为评估2014年南京青奥会开幕式日的人工催化消减雨作业效果,利用中尺度数值模式WRF对当日的云降水过程和催化作业开展数值模拟。本文系第一部分工作。首先对常用的八种云微物理方案的降水模拟效果进行评估,进一步选取Thompson和Milbrandt-Yau两个微物理方案对此次降水过程的云系结构和降水形成机制进行对比分析。模拟结果表明,采用Thompson和Milbrandt-Yau两个方案模拟的云系结构和降水形成的微物理机制是一致的。开幕式当天影响奥体场馆的降水由弱的积层混合云系产生,降水过程以冰相微物理过程为主。雪的融化是雨水的主要源项,Thompson方案中雪的融化对雨水的贡献率为72%,Milbrandt-Yau方案为60%,蒸发则是雨水的主要汇项,Thompson方案中蒸发对雨水的消耗率达94%,Milbrandt-Yau方案为95.6%。     

雨滴谱分布函数的选择:M-P和Gamma分布的对比研究

M-P分布和Gamma分布是常用的两种雨滴谱分布函数。利用PMS GBPP-100型雨滴谱仪2003年7-8月在沈阳观测的雨滴谱资料,采用阶矩法对两种分布函数进行拟合,对比分析两种分布函数对谱及数浓度、雨强和雷达反射率因子的拟合效果。结果表明,在降水较弱、小滴偏少时Gamma分布会低估小滴,而M-P分布会高估小滴;降水强时,两种分布均低估小滴。M-P和Gamma分布对数浓度、雨强和雷达反射率因子这些特征量的拟合效果,在降水较强时差异很小,在降水较弱时差异较大。Gamma分布的代表性更好。此外,还讨论了两种分布的参数和雨强的关系。     

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。     

连云洪市一次降雹过程个例的物理检验和数值模拟研究

本文对1998年8月29日发生连云港地区的降雹过程的分析，从物理检验和数值模拟角度进行了分析研究，研究表明，该降雹过程经人工催化作业后，地面降雹减少，降雨增加，初步论证了防雹的效果。     

树轮δ13C的角分布及其在气候重建中的应用

利用天目山的两棵柳杉和庐山的一棵冷杉共3个树盘,分析了树轮δ¹³C沿方位的变化。结果表明,树轮在不同方位上的δ¹³C值不同,存在方位角分布,平均最大差异为0.8‰～1.5‰。各方位的δ¹³C年序列间存在较好的相关性,变化趋势基本一致,表明各方位δ¹³C都记录了基本相同的气候信息。δ¹³C的方位差异与其年际差异在量级上大致相当,具有独立的研究意义。通过柳杉一号树轮与气候要素的研究表明,从树轮δ¹³C的角分布中能够提取出更多有气候意义的信息,而且相对于多个方位的平均和全轮均匀采样而言,重建的精度和可靠性有所提高。     

西北区域人工影响天气能力建设项目总体设计与实施

梳理了西北区域人工影响天气能力建设项目总体设计的思路,归纳了设计中所重点考虑的三个技术系统和技术措施,总结了项目建设模式与经验,可为后续区域人影项目建设提供参考和借鉴。     

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.     

树轮δ13C的角分布及其在气候重建中的应用

利用天目山的两棵柳杉和庐山的一棵冷杉共3个树盘，分析了树轮δ^13C沿方位的变化，结果表明，树轮在不同方位上的δ^13C值不同，存在方位角分布，平均最大差异为0.8‰－1．5‰，各方位的δ^13C年序列间存在较好的相关性，变化趋势基本一致，表明各方位δ^13C都记录了基本相同的气候信息。δ^13C的方位差异与其年际差异在量级上大致相当，具有独立的研究意义，通过柳杉一号树轮与气候要素的研究表明，从树轮δ^13C的角分布中能够提取出更多有气候意义的信息，而且相对于多个方位的平均和全轮均匀采样而言，重建的精度和可靠性有所提高。     

一次东北冷涡降水过程的数值模拟研究

应用中国科学院大气物理所设计开发的三维冰雹云(IAP)模式 ,使用2002年7月12日20时沈阳探空资料 ,对当日降水过程进行模拟研究。结果表明 ,这是 1次以冰相过程为主的冷云降水过程 ,前期云中对流较强 ,降水以冰雹为主 ;后期对流减弱 ,持续降雨。低层风切变和气旋存在是产生持续降雨的主要条件 ;微物理过程中 ,霰粒子的融化是降雨的主要因素 ,其次是雨水对云水的碰并收集     

山西省不同地区雨滴谱的统计特征

利用2010—2012年OTT Parsivel激光降水粒子谱仪在山西省6个地区观测的雨滴谱资料,调查了不同地区对流性和层状性降水滴谱特征。结果表明:对两类降水而言,山区降水强度大于平原地区,且山区降水广义截距参数N_w和质量加权平均直径Dm均大于平原地区。两种地形层状性和对流性降水的雨滴平均谱分布均呈明显单峰型,两种降水的峰值直径分别为0.56 mm和0.94 mm,对流性降水雨滴谱明显比层状谱宽。Gamma分布较好的拟合了平均谱,统计了对流性降水Gamma分布参数μ-λ关系。此外,对N_w-R、D_m-R以及Z-R关系也进行了研究。