吉林省一次层状云降水宏微观特征的观测研究

利用长春2004年7月5日一次降水过程的飞机观测资料,结合天气图、卫星云图及雷达回波等资料,综合分析了本次热带气旋影响下降水过程中云系的宏微观特征。研究表明,降水性层状云微观垂直结构配置可以分为4个发展层:云顶附近是核化和凝华增长区;-4^-7℃为云滴和冰粒子活跃增长层;0^-4℃为固态粒子聚合及云滴蒸发层;0℃层以下是雨滴碰并增长和云滴凝结增长区。2D-P观测的粒子的平均直径、最大直径、峰值直径的峰值集中在融化层附近,与融化层回波亮带对应。用同一种形式的密度分布函数N(r)=mrfexp(-ar+br2-cr3)来拟合暖层小云滴、大云滴和雨滴的谱分布,拟合结果与观测的谱分布吻合较好,拟合出的平均直径、均方根直径、数浓度以及含水量与观测值也较接近,相对误差小。

山西地区一次层状云降水过程的微观特征观测分析

针对山西省2010年5月27日一次层状云降水过程,利用机载DMT探头和Parsivel激光降水粒子谱仪进行探测试验,分析了云微物理特征,并对空中和地面雨滴谱进行比较。结果显示:空中云垂直和水平结构分布不均匀,CDP、CIP探测最大粒子浓度分别为165.20、1.08 cm-3。地面雨滴微物理量的平均值说明本次降水是典型的层状云降水,雨强主要由雨滴数密度决定,雨滴微物理参量随时间分布不均匀。建立地面雨强I与雷达反射率因子Z、雨水含量W、雨滴数浓度N、Gamma分布的谱参数N0、λ的相关关系,Z-I、W-I相关性很好,N-I、N0-I、λ-I相关性较差。地面平均雨滴谱较空中平均雨滴谱窄、谱型陡。结合粒子图像和雨滴特征量分析空中雨滴谱随高度的分布发现,本次降水是冷云和暖云降水共存。

山西夏季层积云降水微物理特征分析

利用Droplet Measurement Technology(DMT)资料,分析了山西2008年7月17日降水性层积云的云微物理结构,通过对云中粒子浓度、平均直径、二维图像以及谱型分布变化,并结合宏观记录特征,详细分析了飞机上升和下降阶段云系的垂直结构特征。结果表明,飞机上升阶段云系为高积云,下降阶段云系为高积云—层积云结构,云粒子探头(Cloud Droplet Probe,CDP)和云粒子图像探头(Cloud Imaging Probe,CIP)测得粒子浓度偏大,最大浓度分别为236cm-3和9.74cm-3。层积云云中微物理量水平分布特征具有明显的不均匀性。飞机上升阶段降水的雨滴主要是冰粒子融化形成的,冷云过程占主导地位,在0℃层附近存在明显的融化层亮带。飞机下降阶段降水机制为高积云冷云过程和层积云暖云过程相结合。

华北部分地区云凝结核的观测分析

利用美国DMT公司生产的连续气流单过饱和度云凝结核计数器对华北部分地区地面和空中云凝结核(CCN)进行了观测研究。地面观测结果表明,太原由于污染严重CCN数浓度高于石家庄。CCN数浓度日最大值、日平均值均随过饱和度的增加而增大。CCN数浓度具有明显的日变化特征,与气象因子、人类活动有关。降水对地面CCN具有明显的冲刷作用。利用关系式N=CSk拟合太原地面CCN活化谱,C>2200cm-3,k<1,C、k值很高,属于典型的大陆型核谱。飞机观测资料显示,CCN主要来源于地面,数浓度随高度增加明显减少。高空风向发生变化时,长距离气团输送提供CCN二次源。云对CCN有消耗作用,云内CCN比云外明显减少。

山西春季一次层状冷云的微物理结构特征

利用2009年3月11日机载DMT(droplet measurement technology)粒子测量系统获取的山西层状云探测资料,结合天气、卫星、雷达等,分析了降水性冷云的宏微观结构特征。结果表明,降水云系由高层云和层积云组成,液态含水量变化范围为0~0.42g/m3。CDP(cloud droplet probe;云粒子探头)和CIP(cloud imaging probe;云粒子图像探头)观测到的粒子数浓度偏大,CDP探测到最大粒子数浓度为451.93cm-3,CIP探测到最大粒子数浓度为162.78L-1。本次探测适宜的人工增雨作业温度区间为-11.4^-7℃、-4.4~0℃。高层云上部以冰晶的核化和凝华增长为主;高层云的中下部为冰雪晶活跃增长层;通过凝华、碰并机制高层云降落的冰雪晶粒子在层积云进一步长大。层状云水平分布不均匀特性很明显。统计云滴谱谱型分布发现,双峰型、多峰型出现几率较高,指数型主要出现在层积云的中部和顶部,出现单峰型时LWC(liquid water concentration;液态水含量)小于0.03g/m3或大于0.1g/m3。

山西云微物理特征的地面观测

利用连续气流纵向热梯度云凝结核仪和激光降水粒子谱测量仪对山西地面的云凝结核和雨滴谱进行了观测研究。研究结果表明,云凝结核(CCN)数浓度具有明显的日变化特征,1天出现了两次峰值,数浓度日变化与气象因子、人类活动有关。降水对CCN具有冲刷作用。利用关系式NCCN=CSk拟合得到的地面CCN活化谱参数C值明显较大,k值较高,属于典型的大陆型核谱。对层状云、层积云降水雨滴微物理特征参量分析发现:3次层状云、层积云降水雨滴数密度变化范围分别为74～229m-3、305～743m-3,平均含水量量级分别为10-2g/m3、10-1g/m3,最大雨滴直径分别为1.78mm、4.7mm。对层状云降水雨滴的数密度和雨强贡献较大的分别是小于1mm、0.2～2mm的雨滴;对层积云降水雨滴的数密度和雨强贡献较大的分别是0.2～2mm、1～3mm的雨滴。层积云出现稳定谱的比例高于层状云。从瞬时谱型分布看,层状云出现单、双、三峰多,第四、五峰值的频率比较少,层积云雨滴谱分布没有出现指数型,常有多峰。从平均谱分布看,层状云谱宽窄于层积云,层状云雨滴平均谱服从指数分布,层积云曲线呈向下弯曲的趋势。对汾阳2008年7月17日一次积层混合云降水雨滴谱资料分析发现积层混合云降水雨滴微物理量起伏大,降水雨强主要由雨滴数密度决定。相同雨强下,若有相对更多的大雨滴,雷达反射率会更大一些。随着强回波云块的过境,雨滴数浓度、雨滴谱峰值个数、谱宽均明显增大。

山西夏季气溶胶散射特征的飞机观测研究

利用3个架次的积分浊度仪和PCASP-100X(Passive Cavity Aerosol Spectrometer Probe)机载观测资料,分析了2013年山西夏季空中有云、无云和少云3种不同条件下气溶胶散射系数的分布特征,讨论了气溶胶散射系数垂直变化与气溶胶数浓度、气象条件的关系,并结合HYSPLIT(Hybrid of Single Particle Lagrangian IntegratedTrajectory model)后向轨迹模型研究气溶胶的运动轨迹和可能的污染来源。结果表明:山西夏季空中气溶胶总散射系数变化范围为0~499 Mm^-1,晴空气溶胶数浓度和总散射系数明显大于有云和少云时。气溶胶总散射系数一般随高度的增加而递减。造成气溶胶总散射系数、数浓度偏高的原因有下垫面污染源多、风速小、相对湿度高以及逆温层的存在。550nm波段气溶胶后向散射比大于0.1,粒径0.1~0.5μm的气溶胶粒子对散射影响最大,说明山西空中细粒子污染比较严重。气溶胶总散射系数与数浓度有一定的相关性。引起气溶胶总散射系数、数浓度较高的气团传输路径主要为西南路径,局地排放的气溶胶大于远距离传输的气溶胶对散射系数的贡献。

华北地区空中云凝结核分布特征的观测研究

利用连续气流纵向热梯度云凝结核仪对华北地区空中云凝结核（CCN）进行观测研究.2009年飞机观测结果表明,同一块云内CCN数浓度变化范围和平均数浓度随高度增加逐渐减小,云的低层CCN数浓度变化趋势与云滴变化呈负相关,中高空CCN数浓度的水平分布规律与CN并不完全相关;比较三类不同天气条件下不同高度层的CCN谱分布特征发现,阴天和晴天谱型变化较小且较雨天的谱宽,雨天谱分布不连续.

一次层状云降水空中地面雨滴谱特征观测研究

利用2010年5月27日，祁县、介休一次层状云降水过程中地面、空中观测的雨滴谱资料，分析了山西层状云降水过程中地面、空中雨滴谱特征，并对地面和空中雨滴谱进行比较。

山西层状云降水微物理结构特征的观测研究

利用2012-04-23—24常规天气、卫星云图、天气雷达和两架次DMT探测资料研究影响山西的一次典型冷锋层状云降水云系的结构特征。研究表明,高空槽和地面冷锋是导致降水发生的主要影响因素。PPI回波呈西南-东北走向的带状云系分布,回波强度集中在20~35dBz。冷锋过境前后,云中微物理量要素变化差异较大。锋前云系云粒子谱呈多峰型分布,并且随着高度的增加,谱宽也会由宽变窄,锋前云系比锋区云系谱的变化更复杂。

山西层状云微物理结构飞机地面联合探测研究

针对山西省2010-05-27一次层状云降水过程,利用机载DMT探头和Parsivel激光降水粒子谱仪进行探测试验,分析了云微物理特征,并对空中和地面雨滴谱进行比较。结果显示,空中云垂直和水平结构分布不均匀,CDP,CIP探测最大粒子浓度分别为165.20 cm-3、1.08 cm-3。地面雨滴微物理量的平均值说明此次降水是典型的层状云降水,雨强主要由雨滴数密度决定,雨滴微物理参量随时间变化而分布不均匀。结合粒子图像和雨滴特征量分析空中雨滴谱随高度的分布时发现,此次降水是冷云和暖云降水共存。

一次积层混合云系结构、降水机镦及人工增雨条件研究

利用2009年5月9日常规天气资料、卫星云图、多普勒雷达资料及2009年5月9日飞机作业中获取的机载微物理资料，对山西省一次积层混合云降水云系的宏微观结构和降水机制进行分析，研究了积层混合云降水云系的人工增雨、催化条件，找出了合适的催化部位和催化时间。研究表明：2009年5月9日云中存在有利于人工增雨的“可播区”，且云中“可播区”呈不连续分布。

山西层状云降水微物理结构特征的观测研究

利用2012年4月23—24日常规天气、卫星云图、天气雷达以及两架次DMT探测资料，研究影响山西的一次典型冷锋层状云降水云系的结构特征。研究表明：高空槽和地面冷锋是降水发生的主要影响系统。PPI回波呈西南-东北走向的带状云系分布，回波强度集中在20—35dBz。冷锋过境前后，云中微物理量要素变化差异较大。锋前云系云粒子谱呈多峰型分布，且随高度增加，谱宽由宽变窄。锋前云系较锋区云系谱变化复杂。

一次低涡云系影响下的地面雨滴谱特征分析

利用滤纸色斑法对2008年7月17日山西省一次低涡云系影响下的汾阳、介休2站的降水雨滴谱进行观测，分析了此次层积混合云降水的云系宏观特征、地面雨滴微物理结构的平均特征和连续演变特征，并对手动雨滴谱、自动雨滴谱仪观测估算雨强与自动雨量计实测雨强进行了对比分析。

山西一次冰雹形成机制及雹云催化技术的数值模拟研究

本文应用中科院大气物理研究所的三维冰雹云模式，对2011年7月15日发生在山西的一次冰雹云过程及其催化试验进行了数值模拟，分析了冰雹发生发展微物理过程的变化，并作了一系列的碘化银催化试验。

太原云凝结核的观测研究

本文利用连续气流纵向热梯度云凝结核仪对太原的云凝结核（CCN）进行了观测研究。结果表明，CCN数浓度具有明显的日变化特征。CCN数浓度一天中出现了两次峰值。降水、降雪对地面CCN具有明显的冲刷作用。本文根据关系式N=CS#拟合得到的地面CCN活化谱参数C值明显较大，k值较高，属于典型的大陆型核谱。

山西云微物理特征的雨滴谱观测研究

利用激光降水粒子谱测量仪对山西地面的雨滴谱进行了观测研究。对层状云、层积云降水雨滴微物理特征参量分析发现：三次层状云、层积云降水雨滴数密度变化范围分别为74～229个／m^3、305～743个／m^3，平均含水量量级分别为10～g／m^3、10^-1g／m^3，最大雨滴直径分别为1．78mm、4．7mm。对层状云降水雨滴的数密度和雨强贡献较大的分别是小于1mm、0．2—2mm的雨滴；对层积云降水雨滴的数密度和雨强贡献较大的分别是0．2-2mm、1-3mm的雨滴。层积云出现稳定谱的比例高于层状云。从瞬时谱型分布看，层状云出现单、双、三峰多，第四、五峰值的频率比较少，层积云雨滴谱分布没有出现指数型，常有多峰。从平均谱分布看，层状云谱宽窄于层积云，层状云雨滴平均谱服从指数分布，层积云曲线呈向下弯曲的趋势。对汾阳2008年7月17日一次积层混合云降水雨滴谱资料分析发现积层混合云降水雨滴微物理量起伏大，降水雨强主要由雨滴数密度决定。相同雨强下，若有相对更多的大雨滴，雷达反射率会更大一些。随着强回波云块的过境，雨滴数浓度、雨滴谱峰值个数、谱宽均明显增大。

山西春季层状云系结构和人工增雨潜力研究

对两架次飞行个例的DMT资料进行分析，发现山西春季层状云降水系统存在水平不均匀性。2010年4月20日的个例由高卷云、降水性高层云和非降水性高层云组成，高卷云与高层云之间千层较厚不利于形成降水。4月21日的个例由降水性高层云组成，云滴浓度随高度增加减小。对高卷云、非降水性高层云和降水性高层云的宏微观特征进行对比分析。云的垂直厚度越大，云底高度越低，云厚和过冷云层厚度越大，越有利于降水的产生。对这两次个例的云中可播性进行判别，发现存在可播区，无强可播区。

山西省层状云、层积云降水的雨滴谱特征

利用激光降水粒子谱测量仪对山西省层状云、层积云降水进行雨滴谱取样，分析了层状云降水、层积云降水过程中不同地点的雨滴谱微物理结构、谱分布特征。

山西一次回流倒槽降雪过程的飞机观测研究

2019年11月29日山西出现一次回流倒槽系统影响的降雪过程。利用机载云物理探测数据,研究了此次降雪过程云微物理结构和冰粒子增长的演变特征。雷达观测显示在强度5~15 dBZ的不均匀片状回波中镶嵌有15~25 dBZ的块状回波。第一次探测云内液态水分布在云的上部,云顶温度-10℃冰雪晶呈板状,云内冰雪晶形态以板状、针状为主;通过凝华增长主要生成小于200μm的小冰晶且数浓度最大值为297 L^(-1),雪花最大直径为1700μm位于2000 m,2000 m以下由于相对湿度减小导致大部分雪花未到达地面。第二次探测云内基本无液态水,云顶温度-12.5℃冰雪晶呈辐枝状,云内冰雪晶形态为板状、针状、大量辐枝状及聚合体;通过凝华和攀附增长N200(粒子直径大于200μm的冰雪晶数浓度)和冰雪晶最大直径分别在-11℃和-2℃出现极大值,冰雪晶谱出现第二峰值,近地面形成雪花最大直径为2800μm。通过平飞观测发现云内粒子水平分布不均匀,冰水含量和冰雪晶数浓度大的区域以辐枝状和聚合体冰雪晶为主,聚合增长是雪花重要增长方式。将FY-4A卫星反演云内粒子相态与飞机观测结果进行对比检验,发现两者具有较好的一致性。