人工影响天气技术原理及其在唐山市防灾减灾中的应用研究

人工影响天气作业是一项前沿技术,在气象防灾减灾中应用效果较明显。在阐述人工影响天气技术原理的基础上,分析了人工影响天气在唐山市防灾减灾中的应用,提出了加强人影队伍培养、加强安全监管体系建设、提升防灾减灾意识等提升人工影响天气作业水平的建议。

人工影响天气对气象要素及天气预报的影响

人工影响天气是利用人工手段对大气状况进行干预,可以丰富天气预报元素,促进我国气象科学发展,对我国生产与生态环境保护起到促进作用。同时,能增加干旱地区的水资源存储,减少冰雹地区的损失,有效防控自然灾害,提高天气预报的准确性。为了进一步改善天气状况,需要优化人工影响天气实施过程。在阐述人工影响天气发展现状的基础上,分析了人工影响天气对气象要素及天气预报的影响。

浅谈人工影响天气技术原理及其应用

现阶段伴随全球变暖的趋势不断加剧,许多恶劣的天气现象不断增多而且也对我国人民的生产生活、农业发展产生巨大的不良影响。为此要积极的运用人工影响天气技术,促进气象灾害发生的全面预防和有效减少。人工影响天气技术主要是通过现代化科学技术的有效运用,对局部区域进行增雨、消雾、防治冰雹等气象活动,上述活动通过科学技术的运用全面的预防和消除了气象灾害的发生。现阶段我国存在着较多的气象灾害,其中主要是有严重的干旱天气、冰雹和雾霾天气等等,而通过人工影响天气技术的运用,能够有效的预防上述灾害他天气,并且此项技术还是能够促进农业的生产、改善生态环境、优化水资源。因此此项技术对于我国社会安定和谐的发展会有极为突出的影响作用存在。而为了促进此项技术的有效运用,本文首先对人工影响天气技术原理进行了分析,其次对人工影响天气技术在防灾减灾中的应用进行了探寻,最后则是试论了人工影响天气工作的发展建议。希望本文的论述能够为我国人工影响天气技术的良好发展和有效运用,提供一些帮助和借鉴。

河北省中南部二氧化碳浓度的飞机探测研究

为探究河北省中南部CO_(2)时空分布特征,利用空中国王350飞机搭载高精度CO_(2)分析仪和相关辅助设备,对石家庄、邢台城市上空(600~5600m)CO_(2)浓度进行飞机探测,探测期间共飞行4架次,取得7组CO_(2)浓度垂直廓线数据,探测期间CO_(2)浓度最小值为398.3×10^(-6),最大值为414.6×10^(-6),多架次垂直方向上平均浓度为(401.4~403.9)×10^(-6).CO_(2)浓度随高度的增加,无明显规律性变化.边界层顶位于1000~2000m左右高度,在边界层顶以下受近地面排放源的影响较大.2500m高度上,其浓度随高度变化均存在一个短暂减小的趋势,高空基本不受近地面污染源的影响,CO_(2)浓度接近地面本底浓度.在同一高度上,白天CO_(2)浓度均略高于夜间.夜间CO_(2)在混合层聚集,混合层顶浓度达最大.邢台上空的CO_(2)与CH_(4)的浓度显著相关,相关系数r≥0.90,表明邢台CO_(2)与CH_(4)可能具有相同的源.

河北省城市气候适宜度研究

利用河北省12个城市1981年-2020年的气温和相对湿度数据,计算了人体舒适度指数,对各市(区)气候适宜度进行了分析,结果表明:河北省12个城市冬无严寒,夏无酷暑,属于宜居气候区;各市“舒适”月份长达7个月,南部3市达8个月,是春夏秋三季舒适型气候区;5月、9月是全省最舒适的月份;春、秋季是河北各市最舒适的季节,夏季张、承、秦三市舒适性优于河北其他城市,适宜避暑旅游;张家口是夏季最舒适的城市。冬季各市普遍感觉冷,但南部比北部感觉温和。

基于气象要素的河北省尚义地区枸杞种植气候适宜性分析

为了探究干旱地区枸杞种植的适宜性以及影响枸杞生长的气象因素,选择河北省尚义地区为研究区域,对比该地区与其他枸杞传统主产区(青海格尔木、宁夏固原、宁夏中宁)的气象特征,包括气温、年积温、日照、降水(1989—2020年)等气象指标,分析该地区大面积种植枸杞的气候适宜性,并通过分析枸杞产量(2011—2020年)与气象因子间的相关性揭示影响尚义地区枸杞产量的主要气象因子.研究结果表明:尚义地区年平均日照时数为2791.6h,昼夜温差约15℃,可促进枸杞中糖分的积累,从而有利于提高枸杞的品质;该地区雨热节律与其他3个枸杞传统主产区也基本一致,适宜枸杞生长发育.回归分析结果显示,年平均气温是影响尚义地区枸杞产量的关键气象因子.7月份的空气相对湿度越高枸杞最终产量越低,这说明在枸杞果实成熟期需要根据当时的空气湿度对枸杞种植水量进行控制.

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。

北上台风“杜苏芮”登陆后河北中南部的雨滴谱特征分析

利用雨滴谱仪观测资料,分析了2023年7月29日至8月1日的河北中南部极端降水的雨滴谱特征,研究降水的微物理特征变化。结果表明,降雨强度R小于50 mm/h时,雨滴直径随着R的增加明显增大,R超过50 mm/h时,随着R的继续增大,雨滴的质量加权平均直径不再继续增长,趋于平衡,稳定在2 mm。此次降水位于海洋性对流特征区域的点较多,而位于大陆性的点较少,仍有很多点位于两种形态的过渡区间内,表明地面降水的微物理过程具有显著的时空变化。利用K-means聚类算法,将降水样本按照滴谱特征分为5类,发现不同强度滴谱特征具有明显差异,当降水强度高于50 mm/h时,降水的滴谱性质体现为较大的加权平均直径和较大的粒子数浓度,正是因为有持续稳定的大直径粒子和高数浓度的特征,雨滴谱的突变加上台风输送源源不断的水汽,才能在短时间内产生强降水。利用滴谱数据进行雷达降水估测关系拟合,得到雷达反射率Z、差分反射率KDP和R的拟合公式Z=224R1.44和R=45.8KDP0.77,使用R-KDP定量降水估测关系,结果要优于使用Z-R关系,尤其是超过40 mm/h的降水,估计误差明显好于使用Z-R关系。

人工增雨对唐山市雾霾空气环境质量影响分析

随着城市化进程的加快、以及工业的繁荣发展,使生态环境发生了巨大的改变,雾霾天气频发,给经济发展以及人们生活都带来了不利影响;为了减少雾霾天气出现的频率,必须通过一定的人工手段来提高空气的质量。人工增雨便是一种行之有效的技术手段.本文结合唐山市实际空气质量现状,阐述了采用人工增雨作业和一些减排措施,来更好的改善唐山市的空气环境质量。

河北“23·7”暴雨云物理特征的飞机观测与数值模拟

利用飞机云物理探测系统观测数据,结合中尺度数值模式WRF4.3,分析了2023年7月29日至8月1日河北受台风“杜苏芮”减弱环流北上影响下的暴雨云系微物理特征.结果表明:①暴雨过程前期,过冷云水含量充足,液态水含量>0.2 g/m^(3);云层越低,云中液态水含量和云粒子数浓度就越高.②强降雨时段,整层云层基本为负绝对涡度中心,云系东侧对流层低层配合有很强的正绝对涡度中心,则降雨强度较大,维持时间较长.③暴雨云体中高层存在大量雪晶,中低层为丰富的云水和雨水,为暴雨提供了丰富的水汽.

石家庄S波段和X波段双偏振雷达定量降水估测应用研究

基于石家庄S波段雷达和X波段雷达、雨滴谱仪观测资料以及地面雨量计数据,分析两种雷达的R(ZH)、R(ZH,ZDR)、R(KDP)和R(KDP,ZDR)四种定量降水估测方法。结果表明,利用雨滴谱仪数据计算出的雷达反射率因子与雷达实测具有较好的一致性,但整体偏大5 dB;两种雷达使用R(KDP,ZDR)方法估测降水结果优于其他方法,使用偏振参量KDP能明显提高降雨估测结果,使用ZDR后,测雨公式较单参量提高不明显;使用R(KDP)和R(KDP,ZDR)方法,利用X波段雷达估测降水的准确度略高于S波段雷达,可提升约10%,利用高空间分辨率的X波段雷达可以提升城市降水估测的精确度。

河北冬季一次冷锋降雪云系微物理演变特征综合观测分析研究

利用河北省中南部地区皇寺国家观测站布设的毫米波云雷达、微雨雷达结合飞机等联合观测数据,对2019年2月14日河北中南部地区一次冷锋降雪云系微物理演变特征进行分析,探讨雷达回波与冰雪晶粒子微结构的关系,以便更好地认识该地区自然降雪的宏微观结构特征。研究结果表明:降雪初生阶段表现为双层云结构,中云云顶高约4100 m,云底高约3600 m,低云云顶高约3100 m,云底高约200 m,中间存在一干层,3000 m以下高度粒子增长以凇附过程为主。降雪发展阶段上下两层云相接,雷达回波强度较强的时段地面降水量也较大,该时段降雪过程主要以凝华-聚并增长为主。降雪后期回波强度最大值减小,云顶高降低,3000 m以下高度范围内回波强度、多普勒速度、谱宽随高度降低呈增大趋势;飞机观测结果显示,降雪消散阶段逆温层底部由于水云云层较薄,催化潜力较小,冰雪晶粒子主要位于云的中上部,随着高度降低,冰雪晶粒子在下落过程中增大,与雷达观测结果一致,毫米波云雷达和微雨雷达反射率因子随高度变化与降水粒子有效粒径之间相关系数分别为0.89和0.83,雷达反射率因子主要受冰雪晶等大尺度粒子主导。

张家口2019年11月29日降雪天气的毫米波雷达和飞机观测分析

结合毫米波云雷达数据和飞机观测数据,分析研究了2019年11月29—30日降雪云系的宏微观特征。此次降雪从29日14时持续至30日01时,受水汽输送影响,降雪量呈现增多—减少—再增多的趋势。云系的厚度变化明显,毫米波云雷达最大回波为25 dBz,地面小时降雪量大于1 mm的时刻与云雷达强回波(10~15 dBz)和大值谱宽带出现的时间有较好的对应关系。云内冰晶转化和上升气流存在的高度在4 km以上,云雷达正的径向速度主要在降雪的前中期。飞机观测发现云内以冰晶为主,存在霰粒子和聚合体。冰晶在下落过程中,通过碰并、碰连和凇附等微物理过程增长,同时云雷达的径向速度和谱宽有所增加。飞机探测到大于500μm的冰晶时,云雷达回波强度大于0 dBz。在4400~4700 m,云雷达速度谱宽急剧变化。研究结果为进一步分析张家口地区冬季降雪云系的宏微观结构和增雪潜力提供了理论参考。

一次基于飞机观测的河北中南部降雪云系微物理结构的对比分析

2017年2月21日河北省出现一次低槽降雪天气系统,河北省人工影响天气办公室在系统槽前部位层状云系中开展飞机云微物理探测作业,通过对邢台、赵县两地云微物理垂直结构的精细化探测分析,发现本次过程云系为层状冷云。邢台、赵县两地云系均存在明显的逆温层,在逆温层及其下方出现过冷水,邢台过冷水较为丰富,含量达0.19 g/m^(3),在过冷水丰富层(高度为4561~5059 m,温度为-11~-8℃)下方可见结凇冰晶,直径有所增大,浓度没有出现明显增加;赵县云系过冷水含量达0.074 g/m^(3),与邢台相比偏低,冰晶在过冷水层(高度3308~3949 m,温度-10.3~-8.7℃)以凇附、粘连增长为主,与邢台相比冰晶聚合体偏多,粒子直径和浓度均偏大。本次探测过程,邢台云内过冷水含量丰富,具有人工增雪作业的条件;赵县云内过冷水含量偏低,人工增雪条件差。

人工增雨作业在唐山市抗旱减灾中的作用及防御对策

近年来,伴随气象科技的快速发展,人工增雨天气作业的频次和规模也不断增加,成为应对气象灾害、防灾减灾的重要手段,在经济社会发展过程中起着至关重要的作用。唐山市位于河北省东部,位于渤海湾中心,主要是以暖温带大陆性季风气候为主,春季和夏季干旱频发,随着人工增雨作业的不断普及,应对干旱带来的农业灾害有了科学的应对手段,人工增雨作业在唐山市的抗旱减灾中发挥了较突出的作用。但是,在人工增雨的实际的操作和过程中暴露出多种安全问题,严重影响天气作业的效果,甚至危及工作人员的人身安全。基于此,本文以人工增雨天气作业为主要研究对象,重点探讨人工增雨影响天气作业在唐山市的抗旱减灾中的重要作用,并且关注增雨过程中所出现的安全问题,并针对性地提出管理对策,以期为唐山市气象部门顺利开展人工增雨影响天气作业提供一定的理论参考,为相关气象工作者提供一定的借鉴意义。

X波段双偏振雷达物理量时间—高度剖面的重构方法改进及应用研究

如何利用现有雷达体扫数据重构反射率或其它物理量的时间—高度剖面,提高雷达体扫垂直分辨率并使其适用于云微物理结构的分析,是近几年来雷达气象学的重点研究内容之一。本文基于分辨率更高的X波段双偏振雷达体扫数据,对目前最新的柱垂直廓线(Columnar Vertical Profile,简称CVP)重构算法从目标区范围的选取方面进行改进,使其能够应用于水平尺度较小的局地降水云以及发展演变迅速的对流云。结果显示:对于高原地区局地降水云个例,目标区选取5 km(径向范围)×10°(方位角范围)组成的较小扇形区域,与云雷达的对比显示,改进的CVP方法重构的基本反射率(ZH)垂直廓线体现了回波的垂直结构,尤其是中高层对流泡的结构特点,相应的时间—高度序列能够较好地反映回波顶高的变化以及中高层强度逐渐减弱、低层强度逐渐增加的特点;对于华北地区发展旺盛且局地水平不均匀的对流云个例,本文改进了原始的CVP重构目标区选取方法,对高、低仰角层采用变化的径向范围并调整插值参数,改进后重构的ZH垂直廓线有效避免了低层回波水平分布相对不均匀导致的重构分层结构,显示出高、低层回波特征以及不同阶段目标区云结构的转变。进一步对比改进前后CVP方法重构建立的各偏振量时间—高度序列,改进后准确显示了个例云系微物理特征及其随时间的变化,揭示了高原地区局地降水云中对流泡的形成及其播撒作用机制,华北地区对流云成熟阶段的各偏振量垂直分布特征及其演变。

基于多源观测数据的华北冬季冷云催化物理响应分析

本文利用高性能增雨飞机、地面S波段双偏振雷达和卫星观测数据,分析了2022年1月20日河北中南部地区一次过冷云微物理特征及飞机增雨作业后的物理响应。研究结果表明,受西南暖湿气流和东风回流共同影响,河北中南部地区形成大范围层状云,云底高1400 m,云顶高2100 m,主要由过冷云滴组成,受地形抬升作用影响,从云底到云顶,云滴谱宽逐渐增加。雷达显示,2100 m高度催化作业后,受碘化银核化影响,过冷云滴迅速形成冰晶、雪和少量霰粒子,粒子尺度的增大致使雷达上出现与飞机催化轨迹形状相一致的回波带。FY-4A卫星观测显示晶化作用在播云17~19 min后逐渐显现,云迹可维持约55 min。催化作业后过冷云滴形成冰晶粒子,冰晶粒子逐渐长大并下落,造成云顶下沉,在云顶形成了一条云沟。与周围过冷云相比,云沟内0.65μm通道光谱反射率和10.8μm黑体亮温增加,而3.72μm通道反射率降低。

罗布泊地区1957—2017年气温的时空变化特征

以罗布泊地区1957—2017年日气温数据为基础,通过线性倾向估计法、移动平均法、距平与累积距平法、独立样本t检验法及IDW空间插值法,分析了近60 a罗布泊地区气温的时空变化及突变性特征.结果表明:罗布泊地区气温呈上升趋势,且平均线性增长率为0.27℃/10 a;年平均气温年际空间变化较显著,高值区集中分布于吐鲁番盆地区域,低值区集中分布于阿尔金山地区;季平均气温年际时空特征变化差异性强,冬季升温现象最显著,呈冬暖夏凉的变化趋势.进入21世纪后,气温处于高位震荡期,年平均气温及季平均气温时空特征变化显著且差异性增大,整体上呈增温趋势;罗布泊地区年平均气温累积距平曲线呈先下降后上升趋势,且突变年份集中在1987,1989,1996以及1997年.

一次长生命史超级单体风暴双偏振参量结构及演变特征

利用石家庄新乐S波段双偏振多普勒天气雷达探测资料和常规气象观测资料,以及区域自动气象站观测资料,对2020年6月25日造成河北中部大冰雹的长生命史超级单体风暴双偏振参量结构演变特征进行了分析。结果表明:超级单体风暴产生在强热力不稳定和强的垂直风切变环境下。冰雹增长过程中超级单体风暴低层强回波中心大冰雹与强降水共存,反射率因子超过65 dBz,对应较小的差分反射率因子(Z DR)和相关系数(CC),超级单体风暴左侧前后强回波区为弱降雨和少量融化的小冰雹,反射率因子在50~55 dBz,Z DR、CC和差分传播相移率(K DP)较大。超级单体风暴中层的Z DR柱、CC低值区、K DP柱位于有界弱回波区左右两侧,左侧CC低值区位于强回波中心,由于存在混合相态且结构差异较大,CC更小;右侧K DP柱更强,位于有界弱回波区内。高层狭窄的Z DR柱位于强回波中心右侧边缘,CC低值区位于强回波中心。在中高层有界弱回波区和强回波中心区域存在强的上升气流。在大冰雹下落过程中,Z DR洞扩展到最低仰角且宽度加大,这可作为大冰雹即将落地的判据。低层Z DR弧加强表明低层旋转加强。虽然强回波中心对应的CC低值区、Z DR柱高度迅速下降且强度明显减弱,但一直存在,表明较强上升气流一直存在,因此超级单体能够长时间维持。

移动云系的平行条播方案与“S”型飞行航线设计研究

在人工影响天气作业过程中,飞机作业航线设计是整个飞机增雨过程中最重要的技术工作,科学的飞机作业航线设计是提高云系催化效率以及检验催化作业效果的关键。针对平行条播方案,在充分考虑云系移速移向、飞机性能等基础上,提出优化的“S”型飞行航线设计方法,给出飞机转弯部分的简化处理方法,可快速确定关键点的位置,同时给出在标准转弯速率下空中国王350和运12飞机的转弯时间计算方法,对飞机增雨作业方案设计有很好的指导意义。实际飞行试验表明,增雨飞机可以按照设计的航线进行增雨作业,并且可实现平行条播。