播撒碘化银人工消雹对冰雹云微物理过程和起放电过程影响的数值模拟研究

为了全面了解人工消雹对云中冰相粒子的浓度和时空变化以及冰雹云微物理过程和起放电的影响,本文利用包含了AgI催化方案的三维强风暴动力电耦合数值模式,以AgI播撒量为唯一变化量进行了多组模拟实验。结果表明,催化过后,整体上,-40~0℃范围内的冰晶、雪花和霰粒子数浓度和比含水量增多。播撒AgI使霰的平均尺度减小,向雹的转化比例大为降低,因此冰雹的比含水量和浓度都减小。随着AgI播撒剂量的增加,冰晶、雪花和霰粒子的数浓度和比含量整体变化趋势不变,增大与减小区域相对应,但变化更明显;消雹效果会更好,但降雨量呈先增加后减小。播撒AgI会使冰雹云前期正的非感应起电率区出现时间提前,中心增强,上界高度抬升,后期负的非感应起电率区中心增强。所以,播撒后前期主要使底部次正电荷区增强,后期主要使上方主正电荷区和中部负电荷区增强。随着催化剂量增多,这些变化越明显。播撒AgI对地闪有一定的抑制作用,而使云闪和总闪少量增多,首次放电和云闪的峰值时间提前,放电持续性更强,闪电频发时段的闪电频率略有降低。

太行山地区一次人工防雹效果物理检验

选取2019年5月26日太行山东麓河北邯郸的一次人工防雹作业过程,利用石家庄SA多普勒天气雷达、邢台探空、风云卫星FY2F和ERA5再分析资料等对比分析了本次防雹作业的天气过程和作业前后各雷达探测物理量的变化。结果表明:河北邯郸在高空槽、低层切变线和高层辐散的共同影响下产生了强对流天气,防雹作业后6 min,作业云体单元最大垂直累积液态水含量(VIL)从63.4 kg m-2下降到30.0 kg m^(-2),作业后18 min,作业云体单元强回波中心高度从9.0 km下降到2.7 km,作业后42 min,最大组合反射率下降了36.5 dBZ,最大回波顶高下降了10.6 km,作业后48 min,最大VIL、强回波中心高度、最大组合反射率、最大回波顶高分别下降了97.6%、100%、57.7%、79.6%,作业云体单元各雷达探测物理量下降速率均大于发展相似但未进行防雹作业的对比云体单元。双比分析显示本次防雹作业在24 min后各物理量双比值小于1,防雹效果显著。

一次冰雹云发展的雷达回波特征分析及其防雹作业效果物理检验

利用云南昭通CC雷达和威宁探空等资料,对贵州省威宁县2017年7月23日的一次冰雹云发展过程的雷达基本反射率因子和径向速度的变化特征进行分析,同时通过插值得到剖面变化特征,研究雹云垂直结构演变,并根据雷达回波顶高、强回波中心(45 dBZ)高度、组合反射率和垂直累积液态水含量(VIL)这4个雷达探测特征物理量,进行时间序列分析,得到防雹作业效果。结果表明:(1)降雹前对流单体的合并使回波强度和VIL分别跃增至60 dBZ和50 kg·m^(-2)以上,冰雹云的雷达回波出现旁瓣回波和“V”形缺口。(2)中低层气流的径向辐合及高层强辐散带来的强烈抽吸作用所产生的上升气流,使雹云能够稳定维持和发展。(3)防雹作业后,雹云开始由上至下分裂直至完全分裂成两个孤立弱单体,回波顶高明显降低,组合反射率较峰值下降近30 dBZ。(4)在作业单元和对比单元的生命史时间内,作业单元的4个雷达探测特征物理量下降速率均大于对比单元的,表明防雹作业有效抑制了雹云的发展。通过对比分析发现,防雹作业24 min后,4个雷达探测特征物理量的双比值均小于1,进一步证明防雹作业取得了明显的正效果,加速了对流单体的消亡。

一次强对流风暴过程的人工防雹作业雷达回波演变特性分析

本文利用北京、天津两部CINRAD/SA雷达观测资料,对2021年6月30日影响北京地区的一次强对流风暴过程中的A、B两个对流单体的人工影响天气作业雷达回波演变特性进行了分析。通过对统计区域内多种物理参数和不同高度层不同反射率强度档的格点数在单体发展各阶段及作业前后的变化分析,得到不同强度单体在不同作业情况的演变特性的认识。单体B为普通对流云团(生命期为3 h),在发展初期进行大剂量作业后(24分钟内有效作业火箭74发,高炮58发)可以看到有较好的抑制单体发展的特征,作业后一小时内,单体各高度层平均反射率、风暴体高度、垂直累积液态水等参数都呈下降趋势。较强回波(30~60 dBZ档区)格点数总体减少,较弱回波(20~30 dBZ档区)格点数快速增加,对流结构整体减弱。而单体A为超级单体(生命期为5.5 h),初生阶段由于作业剂量不足(30分钟内有效作业火箭15发),未见明显抑制效果。临近成熟阶段进行了连续大剂量作业(80分钟内有效作业火箭105发,高炮182发),虽然也能观测到类似B回波的一些特征,如,高层平均反射率、云顶高度、强回波厚度、垂直累积液态水等参数下降,较大反射率强度档区(50~70 dBZ档区)格点数减少,低层较小反射率强度档区(30~50 dBZ档区)格点数增多,并维持约30分钟的效果,但整体针对超级单体A的作业抑制效果不明显。

威宁一次单体雹暴防雹作业的宏微观物理响应特征分析

为研究单体雹暴作业后雹云宏、微观物理演变特征,利用威宁雪山镇X波段雷达数据和水成物粒子识别方法,并根据催化剂的扩散模式,将雹云演变分区域和时段进行对比分析。结果表明,作业前雹云冰雹形成区水平反射率为45~55 dBZ,差分反射率在-0.5~3.5 dB,差分传播相移率小于0.5°/km,相关系数在0.60~0.92。冰雹形成区主要为雨雹混合物,雹粒子周围围绕着高密度霰和过冷水。作业后,雹云反射率的减小和强回波高度的降低主要发生在播撒时段,回波顶高和风暴高度的降低主要发生在后续时段。作业区中雹粒子、过冷水明显减少,聚合物和冰晶增多,高密度霰变化不明显。单体雹云雹胚来源主要为高密度霰,其防雹效应主要遵循的理论为“利益竞争”和“早期降雨”。

包头市冰雹气候特征及防雹作业量统计分析

利用1981—2020年包头市7个国家气象观测站的降雹数据进行分析,结果表明包头市各旗(县、区)降雹频次存在明显的地域差异及季节性变化。同时,分析了近10年地面人工防雹作业个例、地面资料及雷达回波资料,修订完善防雹路径图,总结冰雹天气作业指标,为防雹工作提供参考。

GPM卫星探测新疆区域降雪敏感性及云结构特征研究

目前人们对新疆干旱区降雪云结构特征的认知仍有限。利用2014—2021年GPM(global precipitation measurement)卫星搭载的测雨雷达DPR(dual-frequency precipitation radar)和微波成像仪GMI(GPM microwave imager)观测资料,对比了DPR不同产品对新疆区域降雪的敏感性及三类降雪云(深厚、浅薄和近地表)的宏微观特性差异,利用等频率高度统计方法,分析了四次新疆不同下垫面降雪云结构特征。结果表明:浅薄降雪云出现频率超过60%,而深厚降雪云对降雪量的贡献最大,三类云的液水路径(LWP)和冰水路径(IWP)集中在80~450 g·m^(-2)和100~380 g·m^(-2),回波顶高、LWP、IWP与近地表降水率总体上呈正相关;四次典型降雪系统分别发生在阿勒泰山区(A个例)、伊犁河谷(B个例)、古尔班通古特沙漠腹地(C个例)及昆仑山北麓戈壁地区(D个例),其中A、B个例主要为冰云,C、D个例多为冰水混合云,在GMI中166 GHz高频通道对降雪的敏感性较好,亮温分布在200~275 K;雷达反射率因子(Z)集中在16~25 dBz,对应高度为0.75~4.65 km,A、B和D个例云团存在“左倾”结构,Z集中在云体中上部,属于发展阶段,C个例的Z主要位于云体下部,云团处于成熟阶段。质量加权平均直径(D m)和粒子数浓度(dB N w)在1.00~1.22 mm和33~35产生的降雪量较大,降雪强度不仅与冰晶和过冷水粒子大小有关,还受到粒子数浓度的影响。研究成果对提升新疆地区降雪监测水平,深入认识该地区降雪形成机制及评估复杂地形条件下人工增雨(雪)潜力等具有积极意义。

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。

青海省东北部1980—2020年降雹持续时间及影响因子研究

利用青海省东北部11个地面观测站1980-2020年高空和地面观测资料,分析了降雹持续时间的时空分布及影响因子。结果表明:近41年青海省东北部降雹持续时间与海拔高度呈显著的正相关,站点平均单次降雹持续时间的最大值在化隆县,为9 min,最小值在同仁县,仅4.89 min;降雹持续时间<9 min的频率最高,占总观测次数的73.55%;降雹持续时间月变化明显,日变化呈单峰型,峰值出现在16时,占总降雹累计持续时间的19.12%;年平均降雹持续时间以0.9 min/10 a趋势下降,降雹持续时间的减少与平均气温升高、0℃层和-20℃层高度升高、气温日较差及相对湿度减小相关。

Harm of Hail to Crops and Countermeasures of Artificial Hail Suppression in Ulanqab City

Hail is one of meteorological disasters affecting crop growth in Ulanqab City.It happens frequently from May to September,and this period is also the main growing season of crops.In this period,hail will cause damage to crops,make farmland soil harden,and bring varying degrees of harm to agricultural production.Artificial hail suppression is an important scientific and technological means for disaster prevention and mitigation.It is necessary to strengthen the monitoring,analysis and forecast of severe convection weather,intensify the release of early warning information of hail weather,provide accurate and reliable real-time information for the implementation of artificial hail suppression operations,strengthen the implementation of artificial weather modification,effectively carry out artificial hail suppression operations,and avoid and reduce the impact of hail disaster.

人工防雹实用催化方法数值研究

目前 ,我国普遍采用高炮和火箭两种催化工具进行人工防雹 ,但就如何提高这两种作业工具的有效性还缺乏系统的研究。作者利用三维冰雹云数值催化模式 ,选取 1 999年 7月 1 8日陕西省旬邑地区的冰雹云作为试验个例 ,分别就高炮催化不同的作业时间、催化剂量、作业部位、催化方式等 ,以及对火箭催化所携带的高效AgI焰剂的成核率与火箭在作业过程中以不同的发射距离、发射仰角和当火箭方位角发生偏离后对地面防雹效果的影响进行数值模拟 ,以期为提高防雹效果提供一些技术参考。

播撒碘化银实施雹云催化的数值试验——个例研究

在三维冰雹云模式基础上 ,采用湿热泡扰动方式激发对流云 ,对 1 998年 7月2 1日发生在河南北部地区的一次冰雹过程进行模拟并做催化试验。结果表明 ,该例雹云具有含水量累积区 ,对累积区中心播撒碘化银能够减雹、增雨 ;而在此中心之下较低的高度作业 ,或播撒时间选取不当 ,则有可能增加冰雹。

防雹减灾专家系统

防雹减灾是一项重要且科学技术性很强的工作。为了提高防雹减灾工作的效益和作业的科学性 ,我们研制了防雹减灾专家系统。该系统是一个知识库 ,集成了防雹减灾工作需要的有关理论、技术和数据。对于防雹减灾工作者它可作为防雹减灾作业的决策工具 ,用于指导防雹减灾作业。对于科研人员它是一个研究平台 ,可以提供研究工作所需要的观测数据和设备。本文着重叙述研究该系统的理论依据 ,包括防雹减灾原理 ;冰雹云的预报、识别方法 ;防雹减灾作业技术 ,包括作业时机、作业部位、作业量的确定方法 ,各作业点、作业方位仰角的计算方法等 ;

三门峡市冰雹灾害风险评估

[目的]三门峡市汛期冰雹多发,易给当地特色农业带来不利影响,通过对冰雹灾害风险进行评估,辨识高风险区,为更为有效地指导防灾减灾提供科学依据。[方法]利用降雹、数字高程模型、遥感影像、财政收入和防雹能力建设等数据对三门峡市冰雹灾害风险进行评估;根据各因子及其权重建立三门峡市冰雹灾害风险评估模型,定量计算各因子的冰雹灾害风险指数:将各项数据叠加得到三门峡市冰雹灾害风险指数,并对高低风险区进行了划分。[结果]高风险、中高风险区主要集中在崤山南北两侧的河谷一带,其面积占全市面积的24%。[结论]应重点关注高风险、中高风险区的防雹减灾工作。评估结果可为三门峡市冰雹防灾减灾和产业发展提供参考。

甘肃冰雹灾害对农业的影响及其防御对策研究

冰雹是甘肃农业的主要自然灾害之一 ,对农作物危害极大。为了增强我省农业生产及防雹抗灾能力 ,以减少农作物的雹灾损失 ,在统计分析甘肃降雹的区域及时空分布的基础上 ,针对不同程度的降雹过程对农作物所造成的灾害影响 。

1997—1999年黄河上游玛曲地区人工增雨生态效应的检验

以牧草产量、归一化植被指数为生物指标,探讨了人工增雨生态效应检验的思路和方法,并以黄河上游玛曲地区1997—1999年人工增雨作业为例,进行了实际的计算。结果表明,玛曲地区人工增雨对提高牧草产量、增加植被覆盖度具有正效应,牧草产量平均增加两成多,植被覆盖度增加显著;初步估算,1998年玛曲地区人工增雨的草场经济效益投入产出比为1∶9.7。

基于气候变化背景下的人工防雹效果统计检验:以青海省东部农业区为例

采用青海省东部农业区1961—2010年6—9月雷暴日数、降雹日数及雹灾面积资料,利用气候变化趋势分析、历史回归分析及显著性检验等方法,分析了近50a雷暴日数、降雹日数的变化趋势,以雷暴日数变化趋势的最优显著性拟合值为自变量预测了降雹日数的自然变化趋势,并由降雹日数趋势值与自然趋势期望值的差异显著性检验定性说明了气候变化背景下人工防雹效果,通过雷暴日数和雹灾面积的历史回归分析及显著性检验定量估计了人工防雹效果。结果表明:在自然背景也发生同样趋势性变化的情况下,降雹日数在1961—1990年没有显著的减少趋势,未能检验出显著的人工防雹效果;1991—2010年减少趋势显著,通过了0.001信度的显著性检验,人工防雹效果显著。1991—2010年青海省东部农业区平均人工防雹减灾率为52.6%,可信度为95%,但具体年份之间差异较大。

VIL产品在广西冰雹云识别和人工防雹中的应用

利用广西2009―2010年3―5月降雹样本资料和新一代天气雷达垂直累积液态含水量(VIL)产品,统计分析广西冰雹云VIL变化特征,结果显示:广西冰雹云的VIL整体呈现明显的阶段性变化特征,识别指标为VIL≥43kg/m2,降雹前VIL出现明显的跃增,一个体扫时间VIL跃增值≥5kg/m2。冰雹云VIL值越大则产生的降雹直径也可能越大,VIL产品在人工防雹作业冰雹云识别、作业时机、作业用弹量等方面均有较好的指导作用。

新一代天气雷达三维组网产品在人工防雹的应用

基于冰雹云的雷达三维拼图反射率分布形态特征,提出在人工影响防雹作业中识别冰雹云的6个候选指标,分别是组合反射率、云回波顶高、最大反射率回波顶高、垂直累积液态水含量、垂直累积液态水含量密度以及垂直累积液态水含量跃增值。基于新一代天气雷达组网数据应用风暴跟踪(SCIT)算法实现风暴跟踪并计算部分指标,形成模糊逻辑判断方法,确定防雹作业区域。结果表明,应用该方法对北京、江西的多个降雹个例进行三维风暴单体的冰雹云识别试验,对比地面降雹观测数据,计算多个个例模拟命中率>77%,误报率<26%,空报率<22%。考虑组合反射率三维形态分布特征的模糊逻辑法可以较好地识别大部分可作业冰雹云,跟踪模拟效果较好,有利于在人工影响防雹作业中的有效应用。

人工抑制上升气流对冰雹云降水影响的数值试验研究

利用三维对流风暴云数值模式,模拟研究了短时间施加人工抑制上升气流的方法对强冰雹云和降水发展的影响。结果表明,在雹云发展阶段的早期,对云中上升气流施加人工抑制将对冰雹云的发展和降水过程产生明显的影响,使地面降水量增加,尤其是使降雹量显著增加;而在云发展阶段的后期,这样的抑制不会导致地面降水明显的增加。当抑制强度足够大且范围较大时,只有在云发展到旺盛阶段时进行人工抑制才能使影响云的降雹量和固态降水总量明显减小。最后,文中还分析了人工抑制上升气流影响云中冰雹形成的微物理机制。