省市县三级人工影响天气作业指挥体制探讨

为优化配置省、市、县三级人工影响天气指挥作业资源,依据各级人工影响天气办公室的职责范围和任务特点,进行省、市、县三级人工影响天气作业指挥体制探讨。提出省级主要负责全省飞机人工增雨作业和全省地面人工影响天气预警、作业信息收集、监测等工作,市级主要负责属地作业点的直接指挥作业工作,县级主要进行作业监测工作。该体系体现市级指挥中心直接指挥作业点作业的模式特长,发挥省级飞机作业和地面作业预警的技术优势,减少县级人工影响天气办公室因人员少、技术力量薄弱等带来的作业水平不高的问题。解决三级资源共享和作业指令接收中的时间延迟等问题,提高作业时效和水平。

十一运会开幕式人工影响天气服务作业决策与实施流程设计

介绍了"十一运会"开幕式期间天气背景和人工消(减)雨作业防线设计,分析了实施区域人工消(减)雨火箭、高炮过量催化作业对监测预报、空域保障、指令下达、发射操作、弹药供给等技术保障要求及对策,明确了人工影响天气应急服务关键时间节点的主要工作内容,介绍了作业决策、作业实施、跨区作业等流程的技术要点和任务要求。经过全运会开幕式前期作业试验和应急服务检验,各项技术流程设计符合人工消(减)雨作业技术要求。

山东省一次积层混合云暴雨三维风场的双多普勒雷达探测

使用地基双多普勒天气雷达监测资料和常规探测资料,对2005年9月19日凌晨发生在鲁中地区的一次暴雨进行分析,结果表明:本时段暴雨是积层混合云降水所致,中低层存在切变线和辐合线,风场中尺度结构造成小尺度对流单体的发展,这些对流单体以带状结构组成回波群镶嵌在大面积的层状云中;伴随弱冷空气侵入,风场的中尺度结构主要出现在4 km以下的层次,中低层切变线和冷空气的侵入是强回波单体发展的动力因素;在垂直方向上,强回波区有明显的垂直运动。风场的中尺度结构对鲁中强降水的发生和维持有重要作用。

人工增雨对自然环境的影响探讨

人工增雨是开发利用空中水资源的一种有效手段,主要是通过飞机、高炮、火箭等传输手段对局部大气云层施加催化作用,促使云中更多游离的水汽核化,增加冰晶数浓度,提高降水效率。随着科学技术发展和国内外大量人工增雨试验,人工增雨效果已得到科学实验证实。本文通过对人工增雨原理和催化剂性能特点分析,探讨了人工增雨常用催化剂对生态环境的影响,包括人工增雨对风向下游地区的影响和人工增雨炮弹、火箭弹碎片对环境的影响。数据分析证明,人工增雨能有效改善生态环境,催化剂不会对环境造成污染,上游增雨不会减少下游的雨量,因此,应充分利用人工增雨手段开发空中水资源,以缓解水资源的短缺。

人工增雨影响因子性能探讨

国内外大量人工增雨试验证明,增雨作业效果已得到科学验证,人工增雨在我国已趋于业务化。分析了人工增雨作业催化剂性能特点;探讨了人工增雨常用催化剂AgI对生态环境的影响,人工增雨对下游地区的影响,及人工增雨炮弹和火箭弹碎片对环境的影响。通过数据分析,人工增雨能有效改善生态环境,催化剂不会对环境造成污染,上游增雨不会减少下游的雨量,提出了要充分利用人工增雨手段,开发空中水资源,以缓解水资源短缺的状况。

山东冰雹形成机制及雹云催化技术模拟——个例研究

利用中国科学院大气物理研究所开发的三维全弹性冰雹云模式,对2006年7月5日山东境内一次以冰雹、雷雨大风为主的强对流过程进行模拟,分析了冰雹的形成机制。结果表明:79%左右的冰雹胚胎是霰,雹胚以霰为主,霰主要来自于冰雪晶与过冷雨水碰撞冻结以及雪的自动转换过程,霰形成后主要靠碰并过冷云水、雨水增长,而冰雹主要质量来源是霰的自动转化以及碰并过冷云水增长。人工催化试验表明:在强对流云中冰雹含量达到0.1g·m-3前1～4min进行催化,能有效抑制冰雹粒子的增长,在过冷水含量中心(5.5km)上方1.0～1.5km催化防雹效果较好,在其下方催化防雹效果较差;剂量越大防雹效果越好。AgI主要以凝华核的作用产生人工冰晶,冰晶凝华增长导致过冷云水含量降低。催化后雹胚特别是霰胚的数量增多,对过冷云水的竞争增强,其平均尺度、质量均减小,降低了雹胚向冰雹的转化率。冰雹碰并过冷云水增长也被减弱,导致冰雹总质量进一步减少。

山东一次飑线过程的中尺度分析

2005年7月12日山东中西部地区发生了一次飑线天气过程。利用自动气象站、多普勒雷达及NCEP 1°×1°的逐6小时资料,从天气形势、垂直结构、地面中尺度场等角度分析了该飑线过程。结果表明:低涡后部的横槽转竖是这次飑线发生的大尺度环流背景,横槽转竖过程中引导高空冷空气下泻,形成上干下暖的不稳定层结,不稳定层结主要是通过高低空的温度差动效应来实现。与飑线相对应的是一支强盛的上升气流,飑线后部是下沉气流,具有较高动量的高空气流下沉至地面向外辐散,使得飑线后部地面辐散区中的风场大大加强。地面辐合带的走向和摆动对飑线移动有明显影响,辐合强度不断增强和范围不断扩大之后,天气也就愈激烈。地面低压区的移近、合并,有利于形成强对流发展的环境场。

山东“7.18”致灾暴雨成因分析

利用实况观测资料、中尺度自动站资料和NCEP再分析资料,对2007年7月18日山东省大暴雨过程进行了诊断分析,同时还分析了暴雨致灾原因。结果表明,本次大暴雨是由高空冷涡南部的低槽、底层准东西向切变线、副热带高压西北边缘的暖湿气流以及来自东北南下冷空气共同影响所致。低层前期明显的持续升温为暴雨的产生创造了极好的热力条件,强盛的低空西南暖湿气流输送为此次暴雨提供了充足的水汽,同时山东上空低层高温高湿、能量增大,形成上干冷下暖湿的对流性不稳定层结。沿850 hPa切变线北侧东北气流迂回南下的冷空气与低空西南急流携带的暖湿空气在山东交汇,冷暖空气在对流层低层相互作用,具有明显的暖锋锋生特征,弱冷空气的低层侵入对暖湿空气具有抬升作用,促使对流发展和不稳定能量释放产生暴雨。地面存在中尺度辐合中心或辐合线的生成和发展,是这次大暴雨产生的启动机制,大暴雨的分布与地面辐合线的走向基本一致。降水历时短强度大,特殊的地势地貌是本次暴雨致灾的重要原因。

山东雨季季内降水分型及旱涝并存与急转——气候特征

采用1965—2007年山东省地面测站的逐日降水量和同期NCEP日平均再分析资料,运用统计学方法,探讨了季内降水分型、季节内振荡及旱涝突变的气候特征。结果表明,主要分为全省一致Ⅰ、东西反相Ⅱ、南北反相Ⅲ三种类型。他们的季内旱涝急转显示了典型的气候意义,Ⅰ型在6月下旬旱涝急转、8月中旬后期和9月初涝旱急转,与山东"夏季"雨季开始、结束时间的关键期是一致的。分型不仅限于山东,而是有着更广的旱涝区域。当Ⅰ型正相位时500 hPa高度场对应亚欧-北太平洋中高纬度为正距平,Ⅱ型表现出西北太平洋西岸的PJ波列,Ⅲ型对应着从西太沿岸-美洲西岸的类PNA型遥相关。

我国冰粒降水天气的观测特征统计分析

研究冰粒降水天气的特征对于更好地认识冰冻天气,提高冰冻天气的预警预报能力有重要意义,但我国相关研究较少。利用2011—2013年中国民航机场的例行观测、特殊观测资料,分析了冰粒降水天气的时空分布、持续时间和地面气象要素等特征。选取2001—2013年50个探空站资料分析了冰粒的垂直环境特征。结果表明:冰粒降水天气集中分布在中纬度的黄河下游、长江中下游地区。冰粒降水发生的次数与其持续时间相关性不强,在少发区,其持续时间也可能较长;冰粒降水天气在1—2月比较常见,单次冰粒降水天气过程的持续时间比较短,一般不超过1 h;我国冰粒天气发生时,同时常会有轻雾或无其他天气情况,一般很少伴随有雪。冰粒的融化参数一般小于冻雨的融化参数,但冰粒冻结参数一般大于冻雨的冻结参数。在冰粒天气发生之前一般温度逐渐降低、气压逐渐升高。冰粒天气发生前后湿度都比较大,发生期间风速变化比较小。

祁连山北坡夏季晴天气溶胶粒子变化特征

利用2007 年7 月祁连山区民乐县何庄进行的晴空观测所获得的PMS 资料,对祁连山区大气气溶胶粒子的数浓度分布及日变化特征进行了统计分析,并结合相对湿度、风速和风向等气象资料,讨论了气溶胶粒子浓度与气象因子的关系.结果表明,该地区PCASP 探测的气溶胶平均数浓度为102 ～103 个·cm - 3,FSSP -100 探测的粒子平均数浓度为10 - 2 ～101 个·cm - 3,日变化特征表现为早晚大,中午小;FSSP 和PCASP 探测的气溶胶粒子谱分别呈负指数型和单峰型分布特点,其Junge 幂指数谱分布和Deirmendjian 广义Γ 谱分布的分段拟合,能够更好地显示当地粒子的演变特征;此外,气溶胶粒子不仅与相对湿度、气温之间存在相关性,而且与风向风速亦有明显关系.

低过冷雨水含量天气过程冰雹形成机制及催化机理模拟

利用三维全弹性冰雹云模式,对2008年5月24日山东境内一次受高空冷涡影响的大范围冰雹天气过程进行模拟,分析了冰雹的形成机制和催化防雹机理。结果表明:该过程过冷雨水中心位于最大上升气流中心下方,不存在过冷雨累积区,过冷雨水含量最大值仅为4.9 g m^(-3),但雹云中过冷雨水含量仍然丰富,对雹胚的形成及增长起着重要作用。雹胚以冻滴为主,冻滴胚来源于冰雪晶与过冷雨水碰撞冻结以及雨滴核化过程。冻滴形成后主要以碰并过冷雨水、云水增长。冻滴胚自动转化过程是冰雹数量、质量的主要来源;冰雹形成后,前期主要靠碰并冻滴、霰和过冷雨水增长,后期主要靠碰并过冷云水增长。催化试验表明,播撒57.5 g催化剂足以通过"竞争"减雹50%以上,增加Ag I剂量,防雹的同时能够兼顾增雨。催化剂用量为230 g时,催化后液态降水有所增加,固态降水量及占总降水量的比例减少显著,特别是冰雹。Ag I主要以凝华核的作用产生人工冰晶,冰晶凝华增长导致过冷云水、雨水含量降低。催化后雹胚特别是冻滴胚数量增多,对过冷云水、雨水的竞争增强;其平均尺度、质量的减小,降低了向冰雹的转化率。冰雹碰并过冷云水、雨水增长过程被减弱,导致冰雹总质量进一步减少,达到消雹目的。

十一运会人工消(减)雨卫星反演产品特征分析

利用2009年10月16日MODIS和FY-2卫星资料以及Rosenfeld的卫星微物理反演分析方法对云的微物理特征进行反演,通过对云中粒子有效半径、过冷水含量等微物理特征以及消(减)雨作业情况的研究,初步分析了开幕式当日影响山东中西部地区天气系统的发展、变化特征以及作业效果。研究表明:蒙古气旋后部扩散南下的冷空气在东移过程中呈现出由初生到发展的变化过程;消减雨作业后,云顶高度持续下降,而未进行催化作业的云系则出现发展增强的现象,消(减)雨作业可能在一定程度上抑制了对流云系的发展。

人工增雨与农业水资源开发探讨

在分析我国水资源状况的基础上,针对我国淡水资源短缺问题,提出要充分利用人工增雨手段,开发空中水资源,以缓解水资源的短缺。

山东沾化一次冰雹过程的数值模拟及催化防雹探讨

利用完全弹性三维冰雹云模式,模拟研究了山东沾化2008年6月25日的一次冰雹过程,分析该地区冰雹形成的物理机制,在此基础上对雹云进行催化试验并研究催化防雹机制。结果表明,冰雹主要是以冻滴为核心增长的,催化使冻滴浓度增加,粒子质量减小,向雹转化的比例降低,致使冰雹的质量和浓度减小,从而达到防雹目的。

北斗地空通信指挥系统在飞机人工增雨作业中的应用

北斗地空通信指挥系统集作业航线设计、GPS跟踪定位、电子记录、数据传输及短信通讯等功能为一体,可以叠加天气、卫星和新一代多普勒等资料,笔者在此对该系统的功能、工作原理以及系统的应用、升级和存在的问题进行了详细分析。该系统实现了同时对多架作业飞机的实时监控和跟踪指挥,强化了飞机人工增雨作业的分析和指挥技术,提高了工作效率和作业效益。

山东高唐EF3级龙卷S波段双偏振雷达探测特征

利用济南CINRAD/SA-D双偏振天气雷达的探测数据,结合龙卷实地调查资料,对2021年7月11日发生在山东聊城高唐的一次EF3级龙卷风暴的雷达回波演变过程、龙卷风暴单体的结构及龙卷风暴的中气旋(M)、龙卷涡旋特征(TVS)和龙卷碎片特征(TDS)进行分析。结果表明:(1)龙卷发生在高空冷涡及地面气旋共同作用天气形势下,龙卷位于地面气旋中心东偏北方向约200 km处;螺旋状对流云带中2个较强对流单体合并发展,演变成超级单体风暴,其后部下沉气流较强,与强的入流共同作用,诱发了强龙卷。(2)风暴中中气旋的顶高大多在5~7 km之间;龙卷发生前中气旋最大切变平均值为19×10^(-3)s^(-1),龙卷维持期间,中气旋最大切变平均值达到51×10^(-3)s^(-1)。(3)高唐龙卷涡旋底层双偏振参量主要特征是大的水平极化反射率因子,小的甚至负的差分反射率ZDR,小的相关系数CC;TDS时间及空间特征是,底层CC都小于0.7,CC低值区的面积在龙卷生成后随时间明显增大,CC值底层最小,随高度逐渐增大;CC低值区的面积低层和顶层较大,中间层较小;龙卷生成后TDS最大高度随时间逐渐增高,龙卷最强时TDS最高达到4.8 km,之后逐渐降低;龙卷消散后,1.5°以上TDS的特征很快消失,0.5°仰角TDS特征继续维持了大约11 min。

南京地区大气气溶胶及水溶性无机离子特征分析

于2010~2011年在南京市城郊两个采样点收集了气溶胶样品，并利用离子色谱（IC）法分析了其中的水溶性无机离子成分．结果表明，采样期间除了夏季，其他3个季节南京城郊气溶胶污染都较严重．南京城郊气溶胶谱分布特征基本在0．65～2．1gm和5．8～9岫粒径段出现峰值．PM25与能见度的相关性很大．城郊离子总质量浓度均是春冬季高于夏秋季，四季阴离子质量浓度明显高于阳离子，且这一特征在细粒子上表现明显．水溶性离子在气溶胶中所占比例是夏秋冬季城区高于郊区．南京城郊N03／5042年均值表明采样期间燃煤仍然是主要污染源，且该比值夏季最低，冬季最高．NI-h＋、K＋、N03和S042主要富集在细粒子上；Na＋、C1和NO2在粗粒子和细粒子上都有富集；Ca2＋、Mg2＋和F主要在粗粒子上富集．因子分析（FA）的方法表明南京城区气溶胶主要有3个来源．

环北京地区积层混合云微物理结构飞机联合探测研究

利用北京、山西和河北三省市飞机在环北京地区探测的积层混合云微物理结构特征资料,结合卫星等宏观观测资料,分析了环北京地区积层混合云系空间云微物理结构特征。结果显示,冷锋云系前部,云内部微物理参数空间分布不均匀,2700m以上较大,垂直方向云粒子浓度和直径呈正相关关系,浓度极值间差7个量级,大滴粒子浓度差7个量级,降水粒子浓度差6个量级,水平方向云粒子浓度和直径分布不均匀,呈反相关关系。冷锋云系中部,云微物理参数垂直分布不均匀,在2500～3600m和4000m以上高度层出现云粒子峰值,且云粒子浓度和直径呈反相关关系,云滴粒子浓度极值间差6个量级,大滴粒子浓度差7个量级,降水粒子浓度差5个量级,水平方向云粒子分布不均匀,云粒子浓度和直径呈反相关关系。冷锋云系前部,云粒子谱在4800m高度谱型为单峰谱,4200m高度谱型多峰分布,3600m高度谱型为双峰谱。云降水粒子谱三高度层谱型差异不大,4800m高度谱型为单调递减谱,峰值在小粒子端(≤100μm),4200m和3600m高度谱型相似,为双峰谱,峰值分别在≤小于100μm和230μm处。降水粒子谱三高度层谱型相似,都为单峰谱,峰值相差不大。冷锋云系中部,云粒子谱在三高度层谱型差异较大,4800m高度谱型为单峰谱,峰值在小滴端,4200m高度谱型为单峰谱,峰值在15μm处,3600m高度谱型为双峰谱,峰值分别在7μm和30μm处。云降水粒子谱三高度层谱型差异不大,4800m高度谱型为单调递减谱,峰值在小粒子端(≤100μm),4200m和3600m高度谱型相似,为双峰谱,峰值分别在≤100μm和200μm处。降水粒子谱三高度层谱型相似,都为单峰谱,峰值相差不大。

一次降水性积层混合云系的微物理特征分析

利用山东省2007年10月27日1架次机载粒子测量系统（Particles Measuring System,PMS）积层混合云探测资料,分析了云中粒子浓度和尺度、液态含水量,以及小云滴和大云滴谱的垂直分布特征,比较了催化前后云微物理特征的变化。结果表明,催化前,云层中小云滴谱型为单峰,谱宽随高度增加先变窄后变宽,大云滴谱型在云低层为单峰,中高层为双峰谱,谱宽随高度增加先变宽后变窄,并且没有探测到降水粒子。催化后,小云滴尺度在低层减小、高层增加,整层液态水含量减小;大云滴浓度增加,尺度增大,出现降水粒子,固态粒子类型增多。在3 700~4 000 m高度层内小于10μm粒子明显增加,说明凝结过程比较明显,并且10~27.5μm粒子开始出现,启动了云滴的碰并机制。小云滴谱变化较小,基本为单峰谱,但在较大云滴处谱型略有起伏,在3 000m和3 300m高度的谱宽增宽。大云滴粒子谱有较大的变化,低层变成双峰谱,谱宽最宽可达650μm,中高层为双峰或多峰,峰值从小值向较大值移动。2D-P探头在催化云高层探测到降水粒子,谱型呈单调下降形态,谱宽最大为600μm。