华北层状冷云降水微物理特征及人工增雨可播性研究

利用DMT探测平台对2009年3月11日山西云降水观测外场试验区的一次云降水过程实施了综合探测,综合分析了此次云降水过程的宏微观物理特征。计算了云中过冷水含量距0℃层高度(1500m)的垂直分布:云中过冷水含量最大值出现在0℃层高度以上400 m处,其最大值为0.416 g·m^(-3),之后随着距0℃层高度的增加,云中过冷水含量迅速减小,到0℃层高度以上600 m处基本为最低,之后直到云顶,云中过冷水含量维持低值。CDP探头探测的云中粒子浓度以及CIP探头探测的云中大粒子浓度应作为判别云中可播度的两项主要指标,CDP探测的粒子浓度不小于30个·cm^(-3)的云区才具有一定的可播度,其中CIP探测的大粒子浓度小于10个·cm^(-3)时,可确定为强可播区。云滴浓度随高度变化呈多峰分布,云中粒子谱型主要为双峰或多峰型。此探测过程中典型区域的粒子谱中均出现第二峰值的区段,分析表明只有当云粒子浓度不小于30个·cm^(-3)时,相应云区才具有一定的可播度。

多普勒雷达非降水回波在临近预报中的应用研究

本文研究了多普勒天气雷达速度图上非降水回波(不包括地物回波)的空间结构,并对太原雷达站两年多以来的多普勒天气雷达观测到的“非降水回波”的速度特征进行了深入、系统的分析。发现非降水回波的强度虽然很弱,但其速度回波显示出冷暖平流和大尺度风向、风速辐合(散)相结合的特征。统计结果表明,56次降水过程中,有52次降水发生前的非降水回波具有辐合特征,且非降水回波辐合特征的出现较本站降水发生均具有一定的提前量,为临近预报提供了一种新思路。

新一代天气雷达、雷电资料的分析与应用

利用闪电定位资料和多普勒雷达资料,分析了山西一次大范围暴雨天气过程。结果表明,闪电发生频数、强度和雷达回波强度在时间序列上有较好的一致性。在雷达回波发展的不同阶段,闪电发生的位置与雷达强回波位置有时相同,有时偏离,有时甚至无闪电发生。雷达回波显示,在低层存在不利于对流发展的环境风场特征时,降水回波在向测站移动的过程中趋于消散,闪电频数也随着减少。在降水回波速度辐合区,对应闪电活动频繁。雷达回波速度场中逆风区的出现与雷电发生密切相关,这对雷暴天气闪电短时预警工作有非常重要的价值。

山西省2008—2010年64架次飞机云物理观测结果分析

利用山西省2008-2010年64架次云结构的飞机探测资料,结合地面观测和卫星数据统计分析了层状云系的宏微观特征.结果表明：降水云和非降水云系的微物理特征量,两者存在显著的差异,层状云要达到降水,云的厚度要达到近2000 m;粒子尺度分布云粒子有效半径要达到10～14 μm,降水性层状云低云含水量垂直方向上平均为0.03 g/m^3,中云含水量垂直方向上平均为0.05 g/m^3,;避光高层云-层积云、雨层云降水过冷水的最大值出现在距0℃层高度以上500 m附近,其最大值分别为0.61,0.42 g/m^3;透光高层云降水过冷水的最大值出现在距0℃层高度以上300 m附近,其值为0.28 g/m^3;云中水分按不同粒子尺度的分配可以看出,直径20、30μm的粒子含水量较高,对云中液态水含量的贡献较大,降水粒子主要由20、30μm的粒子转化;降水性层状云在垂直方向上的微物理结构特征非常明显,也是分层的.高层主要是冰相粒子,是冰雪晶,随高度降低冰雪晶的尺度增大,在4个典型温度层的观测中,液态含水量、云粒子及降水的浓度、尺度相较有很大不同.

山西省人工增雨天气条件研究

为了使人工增雨更有针对性,需要在作业方案制定阶段就对未来影响天气系统有一个明确的判断,需要总结出一套适合山西省进行人工增雨作业的天气概念模型。为此,普查了1991～2000年欧亚范围高空及地面天气图,筛选出影响山西省并产生降水的天气系统,加以分析归纳,建立了4种有利于山西省人工增雨作业的天气概念模型,即西风槽型、华北冷涡型、切变线型及副热带高压型,并分别给出了未来12～24h影响山西省的警戒区及最佳人工增雨作业区。

夏季积层混合云降水的云特征参数演变及人工增雨可播性研究

为了使FY-2C/D卫星资料反演云系微物理特征参数更好地应用于人工影响天气作业中,利用2010年8月17—19日山西夏季积层混合云降水过程的雷达、卫星、机载云物理探测平台的综合探测资料,对云系演变特征、人工增雨的可播性以及催化效果进行分析。结果表明:云系维持时间达35 h,17日白天到夜间云层不断增厚,云粒子有效半径(Re)稳定变化较小,降水少,云系的自然降水过程较弱,具有较好的增雨作业潜力。8月17日白天云顶温度-10℃,云滴有效半径小于12μm,云系密实,云中过冷水含量丰沛,大粒子与冰晶含量较少;夜晚在高云的播种效应之下,产生较大降水;持续稳定的中低层状云系存在较好的增雨作业机会。综合分析可知,适宜于这次夏季积层混合云降水人工催化条件的卫星判据为:云系厚度大于2 km,云顶温度-10^-20℃,云顶云粒子有效半径小于15μm。

山西地区气溶胶垂直分布特征与光学特性的飞机观测研究

利用2013年8月,以Y-12飞机为空中观测平台,搭载PCASP、SMPS、AMS、CCN200、TSI-3563型积分浊度仪和美国MAAP-5012型多角度吸收光度计等多种气溶胶观测仪器,首次对黄土高原大气气溶胶特性开展联合观测的资料,对大气气溶胶粒度,散射和颗粒吸收特性进行了分析,研究了区域气溶胶的空间分布及理化特征.结果表明黄土高原特殊地形区域气溶胶的微物理特性较稳定,但随探测时气象条件的变化,散射系数仍然出现波动;区域气溶胶中以细粒子为主;三个波长散射系数变化趋势非常一致,可以认为探测过程中气溶胶的微物理特性基本不变,而仅仅是浓度在改变;散射系数的变化趋势与体积浓度的变化趋势基本一致;其高值区与大气高湿区的正相关性比较明显;四次探测过程中小尺度粒径的气溶胶粒子为优势粒子;后向轨迹分析可知研究区域大部分气溶胶粒子都来源于高空,由蒙古、内蒙、甘肃、陕西等地远距离输送而来.

基于主分量的神经网络气温预报模型

根据山西省6个有代表性的气象观测站1951-2000年的气象资料,以降水量、气温为预报因子,以太原市最冷月平均气温为预报量,采用人工神经网络与主分量分析相结合的方法,建立了太原最冷月平均气温预报模型。该模型对1960-1990年的历史样本拟合的平均相对误差为3.6%,对1991-2000年独立样本的预报准确率达90%,说明该模型可使预报泛化能力显著提高,对农业防灾减灾有较大作用。

黄土高原层状云系发展阶段的云物理特征及降水机制分析

由于对复杂云结构特征认识与实时监测识别能力的限制,当前的人工增雨实际作业中,催化最佳时机、最佳部位的判定还是非常困难的,为充分发挥地基、空基和遥感等先进探测装备的作用,建立最佳作业潜力区的实时识别技术,利用2010年4月20日机载DMT云粒子测量、GPS、雷达和卫星等对山西省层状云系发展阶段的探测资料,分析云的微物理结构特征及降水机制,对提高人工影响天气催化作业的科学性具有重要意义,同时为短时临近预报提供新的依据。结果表明:本次探测层状云系发展阶段为多层结构,垂直方向上有3层云,云层之间夹有2个干层,云系厚度约为4500 m,较深厚,高层是冰云Cs,中低层是冷性的As和Ns,符合自然"播种—供水"的降水机制。垂直方向对应3个丰水区,在5400~5600 m高度的丰水区,对应温度为-9^-11.2℃左右,是云粒子快速增长区,凝华增长和冰晶聚合是该区的主要物理过程,3600 m附近大量过冷水存在为降水粒子的长大提供了较好的条件,2800~3200 m高度层(0℃层附近)为融化和碰并增长层。从高层至低层,云粒子谱型有较强的规律性。从本次飞机观测云的结果来看,层积云粒子谱型在降雨形成前,主要为单峰型,降雨形成初期为双峰型。大云滴和部分小冰晶粒子谱型均呈多峰分布,且在800μm以下出现了明显的不连续现象。探测过程中云粒子浓度在较大的时空范围内起伏较小,而相应时空范围内冰晶粒子浓度均小于10/L,该云区对于实施人工催化是非常有利的。

一次高炮防雹的相控阵双偏振雷达观测特征

选取2021年6月28日山西省临汾市隰县一次高炮防雹作业过程,利用隰县X波段相控阵双偏振雷达数据分析作业前后强对流云变化的现象和机理。高炮防雹作业后冰雹云单体的宏观特征、动力和微物理的垂直结构均出现短时间明显变化。高炮防雹作业后1 min 55 dBZ顶高急剧下降约2 km至0℃层以下,水平反射率因子ZH的强回波垂直结构在0℃层断裂,径向速度散度显示单体前部和后部的辐合带减弱、消失,差分反射率ZDR在近地面增大,ZDR柱消失,差分相移率KDP在中低层增大,共极化相关系数ρ_(hv)从0℃层到近地面表现为0.94~0.96的柱状区,单体核心上部的过冷水小范围中心消失,0℃层以下由雨夹雹、霰、湿雪及各种雨的混合柱状分布转为低层大雨。这些短时间的明显变化现象支持爆炸防雹理论。

山西省层状云飞机云物理观测试验结果分析

利用山西省2008年-2010年64架次云结构的粒子测量系统（DMT）探测资料，配合地面观测和卫星资料统计分析了层状云系的宏微观特征。发现：降水性层状云低云含水量垂直方向上平均为0．03g，m^3，中云含水量垂直方向上平均为0．05g／m30对比分析降水云和非降水云系的微物理特征量，两者存在显著的差异，降水性层状云云粒子有效半径要达到10μm-14μm。对云系不同温度层的微物理特征和云中水分按不同粒子尺度的分配特征进行了对比分析，结果表明：降水性层状云在垂直方向上的微物理结构特征非常明显，也是分层的。高层主要是冰相粒子，主要是冰雪晶，随高度降低冰雪晶的尺度增大，在四个典型温度层的观测中，LWC、云粒子及降水的浓度、尺度相较有很大不同。云中水分按不同粒子尺度的分配可以看出，直径20μm、30μm的粒子含水量较高，对云中液态水含量的贡献较大，降水粒子主要由20μm、30μm的粒子转化。

一次强降水过程的人工增雪作业

通过对一次人工增雪作业的分析研究,以常规测站资料、GMS卫星云图、多普勒雷达回波为依据,对天气系统的催化部位以及人工催化的时间进行了探讨,并依据收集到的地面降水资料,客观的分析了增雪的效果。

地基多通道并行微波辐射计更演大气温、湿廓线的评价分析

利用山西省引进的德国莱比信公司的RPG14通道并行探测微波辐射计4个月的反演资料。从总体平均、早晚平均、月变化以及降水对反演产品的影响4个方而进行分析、评价，了解了该设备的性能和产品特点。结果表明：①RPG—HATPRO反演的温度比探空的偏高。但相关性较好，反演的温度与探空变化比较一致。②RPG—HATPRO反演的相对湿度比探空的偏高。其相关系数随高度递减明显，高层相对湿度在使用时须注意分析。③从误差的早晚对比来看，20时的误差相对比08时小。④整体上，微波辐射计的温、湿度廓线误差在降水时）℃于无降水时，且降水对温湿度廓线相关性有明显影响，⑤从4个月的变化情况来看，低层1600m以下均方根误差变化：再大；各月温度均方根误差均在1℃左右，400m附近最小；1600m以上均方根误差变化较大，400m高度以下，各月均在10℃以下，随高度的增加，均方根误差基本为增加趋势。

汾河水库流域人工增雨可行性研究

本文通过对汾河流域40a气象、水文资料的分析,结合现阶段人工增雨技术的研究,以增加水库蓄水量为目的,设计科学可行的人工增雨方案,并对可能的投入和预期产生的效益进行分析研究,为通过人工增雨增加水库蓄水量提供科学依据。

“8·16”暴雨的雷电特征分析

本文利用闪电实测数据结合多普勒雷达图像资料对山西省2005年8月15日～17日的暴雨天气过程的闪电特征及其与降水的关系进行了详细分析,发现负闪次数远大于正闪次数,正闪强度却高于负闪强度;雷电发生高频次区域与暴雨落区有着较好的对应关系。这次暴雨过程地闪电总数超过5000个,暴雨区的闪电频次～时间曲线很好的反映了暴雨过程降水高峰的到来和消亡的演变趋势。

FY-2D／E卫星微物理特性参数产品在大面积降水过程中的分析应用

针对2011年8月17日-19日一次北方大面积混合云降水过程，将FY-2D／E静止卫星反演的云参数和地面同时段的降水观测资料进行联合分析，发现反演得到的一些特征云参数对地面降水有一定的指示意义。一般降水发生前，云系发展，云顶抬升，云顶温度和云黑体亮温都降低，云光学厚度增大，云参数先于地面降水变化。降水开始前，云顶高度的跃增有大约4h的提前量，降水开始后云参数较地面雨强变化的提前量为1．5h左右。其中，云光学厚度与地面降水量和降水粒子数关系密切，其相关性比云顶高度、云顶温度和云黑体亮温的相关性都较好。一般地面降水强，光学厚度一定大，若云层光学厚度较小，即便云顶发展得很高，地面几乎无降水或降水较小，但云光学厚度大时，地面降水强度并不一定都大，可能降水粒子数浓度大，地面多降毛毛雨。

一次层状云降水微物理特征及可播性研究

利用DMT探测平台对2009年3月11日山西一次云降水过程实施了综合探测，分析了此次云降水过程的宏微观物理特征。计算了云中过冷水含量距O℃层高度的垂直分布及其特征，并根据云雨粒子探测情况研究YAI降雨的可播度指标。

山西省人工增雨天气概念模型研究

为了使人工增雨更有针对性，需要在作业方案制定阶段就对未来影响天气系统有一个明确的判断，需要总结出一套适合山西省进行人工增雨作业的天气概念模型。为此，普查了1991年-2000年欧亚范围高空及地面天气图，筛选出影响山西省并产生降水的天气系统，加以分析归纳，建立了4种有利于山西省人工增雨作业的天气概念模型，即西风槽型、东北冷涡型、切变线型及副高型，并分别给出了未来12h～24h影响山西省的警戒区及最佳人工增雨作业区。

华北冷锋云系的人工引晶催化数值模拟研究

本文利用NCEP再分析资料和CAMS中尺度云分辨模式，在对发生在山西省2010年4月20日-4月21日的大到暴雨、局部强对流天气过程的客观模拟基础上，通过向过冷云水和上升速度重合的区域直接引入人工冰晶模拟研究引晶催化的效应，主要得到以下结论：在云体发展早期引人人工冰晶可以使地面雨量在催化后30min开始增加，80min时地面累积雨量达到峰值，随后缓慢减少，在催化后120min时，地面累积雨量的增加达到最小值。这个阶段基本属于提前和加强降水，造成了地面雨量的再分配。由于催化区域内存在过冷雨滴，人工冰晶的引入使得大量过冷雨滴快速转变为霰粒子，霰粒通过淞附云水过程（Ccg）和碰并雨滴过程（Crg）增长，促使云中冰相降水过程发展加强，最终霰的融化（Mgr）使雨水比质量增加，导致地面降水增加。大量冻结潜热的释放，使云中温度增加，上升速度增强，“静力催化作用”与“动力催化作用”相互关联、不可割裂。

山西省多普勒雷达非降水回波应用研究

本文研究了多普勒天气雷达速度图上非降水回波(不包括地物回波)的空间结构,并对太原雷达站业务运行以来多普勒天气雷达观测到的"非降水回波"的速度特征进行了深入、系统的分析。发现由大气湍流和云滴后向散射所致的非降水回波,虽然强度很弱,但其速度回波却代表了环境风的三维结构,对临近预报有5 h～7 h 的提前量,为临近预报提供了一种新的有效手段。