广东省一次飞机暖云催化响应的双偏振雷达观测分析

为研究飞机暖云焰剂催化后云系发生的物理响应,利用汕尾市双偏振雷达观测量及反演的云微物理特征参量,结合大气环境场探测数据,对2020年8月30日在广东省汕尾市北部区域实施的催化过程进行了分析,结果显示:这次过程是盛夏季节副高边缘的一次以暖云降水为主的对流性降水过程,天气尺度系统强迫较弱,大气层结不稳定,但水汽不充沛。在积云发展的暖云阶段引入吸湿性催化剂,16 min之后,暖云云系体积开始增加,差分反射率因子、差分相移率、雨水含量及降水强度的平均值都有明显增长,雨滴尺度增大、浓度明显增加,雨滴质量平均直径(D_(m))和表征雨滴数浓度的标准化参数(lgNW)增长幅度分别达到10.3%和39.5%,云系维持了大约1.5 h。吸湿性核先在催化层附近吸收水汽增长为数量众多的小云滴,与自然对流发展伴随的上升气流加强相互叠加,增强了云滴的碰并过程。众多小雨滴被上升气流带入0℃层之上使过冷雨滴短暂增多,促进了霰粒子的生成。

海南岛中部山区暖云人工增雨催化试验物理效果分析

利用雷达、降水及探空资料对2015—2020年海南岛昌江霸王岭及五指山毛阳试验点的暖云吸湿性焰条催化试验在不同月份及天气系统影响下的增雨效果进行评估并通过选取典型个例研究催化过程的物理响应特征。结果表明:南海低压槽和华南沿海槽影响下的催化试验整体增雨正效果较明显,平均绝对增雨量均超过未催化组2.00 mm。7、8、9月暖云催化试验均能展现出不同程度的增雨正效果,其中8月催化试验平均绝对增雨量最高,达4.71 mm。海南岛2个试验点总催化样本平均绝对增雨量0.73 mm,平均相对增雨率13.52%,平均增水量39.73万m^(3)。由典型个例的物理检验中发现,催化后0.5 h是一个关键时刻,即催化云和对比云的几乎所有物理检验指标约在催化后0.5 h后拉开差距。

青藏高原雷暴云底部次正电荷区与暖云区厚度的关系

为了弥补青藏高原雷暴观测个例的不足,从动力、微物理和起电过程之间的密切联系来解释青藏高原雷暴云底部较大的次正电荷区(LPCC)和暖云区厚度(WCD)之间的关系,本文设置敏感性试验组,通过三种途径,改变了青藏高原那曲地区一次LPCC明显且对流较强的雷暴过程的探空初始场,得到10组具有不同WCD值的初始场算例,利用三维雷暴云动力-电耦合数值模式,模拟分析了WCD和LPCC之间的可能关系。结果表明,在青藏高原WCD并不是决定LPCC大小的唯一因素,明显的LPCC的形成需要较薄的WCD配合较强但不能太强的上升速度,即使WCD很薄,太强的上升气流也仅容易形成主正和主负电荷区非常强的一般型雷暴,太弱的上升气流,也仅能形成主正和主负电荷区很弱的一般型雷暴。雨滴的两个主要源项,即雨滴通过重力碰并收集云水和霰融化形成雨水,及霰的主要源项霰撞冻云水,这三个微物理过程的效率主要取决于对流强度。薄的WCD对暖云降水过程的抑制作用不及强的上升速度对暖云降水过程的增强作用。在对流强度变化不大的情况下,WCD主要影响着冰粒子的分布高度,WCD越薄,向0℃层以上输送的云滴尺寸越小,数目越多,越利于低层冰粒子的生长,LPCC和主负电荷区越明显;WCD越厚,越利于较高高度冰粒子的生长,LPCC趋于减弱,而主负和主正电荷区趋于明显。

宁夏夏季层状暖云降水观测研究

采用Micaps资料和机载PMS实时探测资料,分析了2007年8月26日宁夏银川地区一次层状云降水过程的宏微观物理特征。结果表明,这次降水是由弱锋面云系产生的,整个云层温度在0℃以上,云中没有冰晶质粒存在,为暖云降水,而且云中的分层结构明显;降水的雨滴直径均在2~3 mm以下,降水与云中大粒子的增加有密切关系。暖性层状云降水的可能机制主要是云滴凝结与碰并增长。

巨核对暖云降水影响的模拟研究

利用耦合了新的暖云参数化方案的中尺度模式（MM5）,研究了暖云降水中巨核的作用。在这个暖云方案里,先假定一个三模态的气溶胶正态对数分布,然后考虑对流、扩散、云滴和雨滴的核化（非核化）过程,再由气溶胶质量的预报量显式地计算出气溶胶的数浓度。选择了华北地区2005年6月25~26日的一次弱冷锋过程,并以此研究了巨核对云和降水的影响。研究表明,巨核具有增强雨滴的凝结、碰并和云雨自动转化过程的作用,使得云滴数减少高达40%,云水减少达20%,云滴有效半径增加高达30%左右。在污染和清洁环境下巨核均可增加降水。

广西南宁冬季层状暖云微物理特征的飞机观测分析

利用运十二飞机在2012年冬季广西南宁地区开展的12架次层状暖云微物理探测资料进行分析,统计和观测结果表明,层状暖云垂直方向分层显著。存在逆温是典型宏观特征,降水云基本都为多层逆温,逆温位置主要出现在云顶附近。云滴平均浓度为652±607个/cm3;无降水云比降水云云滴平均浓度略大,分别为678±348个/cm3和615±363个/cm3。平均液水含量为1.03±0.73 g/m3,其中降水云远大于无降水云,分别为1.3±0.9 g/m3和0.88±0.6 g/m3。平均有效直径为18.2±5.6μm,降水云略大于无降水云,分别为19.4±5.0μm和17.3±6.0μm。垂直分布上,云滴数浓度在接近地面的下层云中最大,峰值区主要出现在云底,且随高度一般呈现递减趋势。云滴谱分布显示在6.5μm出现次峰值。降水云中大云滴主要出现在接近地面的下层云中,而无降水云中几乎没有观测到大云滴。

新型暖云催化剂吸湿性能试验研究

针对我国暖云催化剂的实际需求优选出一种硅铝酸盐化合物,并对这种暖云催化剂的吸湿能力、吸湿速度和放热能力进行对比性试验分析。结果表明,该暖云催化剂在吸湿能力和吸水速度上优于以往使用的水泥、食盐、硅藻土、尿素等材料,平均吸水量达到217. 2 mg·g^(-1),吸湿速度比其他催化剂高出1～2个数量级,吸湿性能优于以往催化剂,并且具有较好的放热能力,有望成为性能良好的暖云催化剂。该暖云催化剂成分接近土壤成分,不含重金属和有机物,对环境没有任何危害。

一次暖云强降水主导的对流单体闪电活动特征

利用中国气象局雷电野外科学试验基地(CMA_FEBLS)三维闪电观测数据,结合广州双偏振雷达观测数据,分析了2017年5月7日广东一次暖云强降水对流单体的闪电活动及其与云降水结构的关系.该单体在4 h内产生1250个闪电,地闪比例约24%.绝大多数闪电出现在4~12 km高度,对应温度层为0℃至-40℃;闪电放电活动的峰值高度出现在8.5 km,对应环境温度约-19℃.分析的强降水单体宏观上呈现上正、中负、下正的三极性电荷结构,中部负电荷核心区约为-8℃至-15℃.在闪电活动区域中,由干雪粒子主导区域占比约82%,霰粒子主导区域占比约11%,且大部分与闪电活动关联的霰粒子主要位于4~8 km高度.总闪频数与30 dBZ雷达回波顶高、-20℃温度层上大于20 dBZ的回波体积具有较好的相关性.闪电活动的平均位置高度与20 dBZ雷达回波顶高和-20℃温度层上大于30 dBZ的回波体积具有较好的相关关系.闪电活动与最大降水强度之间具有较好的时序对应关系,单个闪电表征降水量的值为107 kg/fl量级.

基于CloudSat资料的洋面非降水暖云空间分布及云内液相水含量垂直结构

利用CloudSat卫星搭载的云廓线雷达(cloud profiling radar,CPR)2007~2009年三年的观测资料,针对洋面非降水暖云有效廓线样本,分别对积云(Cu)、层云(St)、层积云(Sc)和高积云(Ac)等四类云型,分析了其在全球尺度的水平分布特征,并在此基础上特别考察了非降水暖云液相水含量(liquid water content,LWC)的垂直变化特性.研究发现,洋面非降水暖云中四类云型的样本占比从高至低依次为层积云76.46%、层云12.48%、积云7.45%、高积云3.61%,层积云在非降水暖云的总覆盖面积中占据主导作用.在样本量全球标准化后,四类云型的空间分布形式存在较大差异,层积云与层云主要集中于北美和南美大陆西侧近岸海域,积云与高积云则广泛分布于太平洋、大西洋和印度洋的洋面上,且高值位于大洋中部.尽管四类云型的生消机制和宏观形态存在很大差异,但不同云型LWC呈现出较为相似的垂直结构.对经几何厚度标准化后的LWC廓线进行比较,发现在四类典型非降水暖云中,由云底到云顶LWC一致呈现为先增后减的规律.云体中下部向上近似线性递增的结构基本反映了LWC的准绝热增长特性,而云体上部及云顶附近的向上递减结构明确反映了云顶普遍受到上空干空气侵入混合的强烈影响,由此导致了自云顶向下逐层衰减的云水蒸发.以云高和云厚两个参数分类的廓线统计结果还显示,LWC垂直结构受到云顶高度和云层几何厚度的影响.云层几何厚度增大时,LWC由云底到云中的递增结构会变厚,由云中到云顶的递减结构会变薄.几何厚度相同但云顶高度不同的云层,其LWC含量也有所不同,这表明对于特定云型,在生成及发展过程中,不同阶段所对应的LWC廓线结构也存在差异.

人工影响暖云过程吸湿性催化研究

介绍了近年来吸湿性催化的一些最新理论、新催化剂研制和播撒方法的研究,并分析了近期4个不同地区吸湿性作业试验结果:南非和墨西哥试验试图引入吸湿性凝结核,增宽云滴谱,加速凝结过程;泰国和印度试验试图引入活跃的凝结核,跳跃性地开启碰并过程。两类试验均促进云滴早期发展,产生比自然状态下更多的降水。此外通过暖云催化试剂在云室中催化湿空气的试验,来初步评估吸湿性催化的效率。

一次暖云降水主导的暴雨过程中电荷结构特征及其成因的模拟研究

为了认识以暖云强降水为主导的对流单体中的电荷结构特征及其形成原因,利用加入了起放电参数化方案的WRF模式,模拟了2017年5月7日广州局地突发的以暖云降水为主导的特大暴雨过程,分析讨论了此次过程中一个单体成熟发展阶段的电荷结构的特征及其成因。结果表明,此次以暖云降水为主导的特大暴雨过程中的单体对流强度较弱,云顶高度低于同地区典型对流过程,强回波区由大雨滴形成,范围较小,顶较低,对流运动向0℃层以上输送的过冷水较少,不利于冰相粒子形成,导致大小冰相粒子含量均较少,其中含量最多的冰相粒子为雪花,其次依次为霰、冰晶、冰雹。云内起电较弱,以非感应起电为主。非感应起电主要以对流区中-15℃层以下正的起电率为主,感应起电率以对流区中的负极性为主。对流区中空间净电荷呈三极性结构,其中中部负电荷区和底部正电荷区中心电荷密度及电荷区范围相当,上部正电荷区相对较弱,范围较小。对流区外围仅有弱的中部负电荷区和底部正电荷区。中部负电荷区由带负电荷的冰晶和雪花共同主导,上部正电荷区由带正电荷的雪花主导,底部正电荷区主要是由带正电荷的霰粒子及带正电荷的雨滴主导。强起电区和放电区重合,主要集中在回波中心上部35~50 dBZ的对流区。

福建周宁水库地面暖云人工增雨作业效果分析

利用2012年4月至2013年8月期间在福建省周宁水库开展的地面烟炉暖云人工增雨试验资料,结合区域对比试验方法对每次暖云人工增雨作业进行效果评估,探讨暖云人工增雨的作业效果。结果表明:周宁水库开展地面暖云人工增雨作业的平均增雨量为5.1mm;在西南暖湿气流影响下的暖云增雨效果最明显;采用多点及多时次暖云人工增雨作业方式,有利于提高人工增雨的作业效果。通过作业效果分析,地面烟炉暖云人工增雨技术适合于南方山区。

江西地区层状暖云微物理结构特征及云雨自动转化阈值函数的研究

本文利用机载云粒子探测设备对2014年11月6日至12月25日期间在江西地区探测获得的7次暖云飞行个例资料,详细分析降水云和非降水云的微物理结构特征。云雨自动转化阈值函数(T)是描述云内碰并强度的重要微物理参量。我们发现T值在云内分布呈现云底较小,随着云内高度的增加T值逐渐增大,并且在云中部和上部达到最大值;研究还发现降水云的T值在0.6以上的频率远大于非降水云,表明降水云中的碰并过程更强,云滴更易通过凝结和碰并过程形成雨滴,符合暖云降水机制。降水云中云滴谱相对离散度(ε)和云滴数浓度(Nc)的负相关程度较非降水云更为显著,随着T的增大,二者的负相关程度增强;相比于云滴平均半径(ra)的变化,云滴谱标准差(σ)的变化主导ε–Nc负相关程度的增强。

基于卫星遥感的全球洋面降水暖云与非降水暖云的云参数差异

利用中分辨成像光谱仪(Aqua/MODIS)和云廓线雷达(CloudSat/CPR)两部星载仪器的准同步探测资料,分析了全球洋面暖云覆盖量和暖云降水频率的空间分布特征.并就暖云占优的多个中低纬海域,对降水暖云和非降水暖云的云微物理性质进行了对比,特别分析了由MODIS云滴有效半径(R16,R21,R37)相对大小所指示的云层顶部云水垂直结构在两类云之间的差异.研究结果表明,降水暖云与非降水暖云的云顶温度、光学厚度、云滴有效半径、云水路径等参数的有效范围接近一致,但均值存在明显差异.降水暖云的云顶高度显著偏高,其光学厚度、云滴有效半径、云水路径显著大于非降水暖云.针对6种云水垂直结构模态的初步统计结果显示,对应最大降水概率的模态为R37<R21<R16.该观测事实揭示了洋面暖云发展至降水阶段时,云层上部的云滴尺寸和云水含量多呈现为向下增长,该结果也反映了多光谱云参数反演资料在暖云降水识别中的潜在价值.

基于云雷达和降水雷达资料的一次典型暖云降水成因及粒子类型演变

针对2020年8月9日南京市一次典型对流性暖云降水过程,结合云雷达和双偏振降水雷达资料,研究了此次短时强降水的雷达回波特征和成因;基于雷达参量和模糊逻辑算法识别了水凝物粒子类型,并分析了降水过程中水凝物粒子的性质和演变。结果表明:此次降水强度大、效率高,雷达观测的云体回波呈现低质心、强回波的热带型结构。正负速度对的出现表明云体中存在较强的涡旋辐合场,谱宽和线性退极化偏比数值偏大,云体中上部存在强上升气流区,这些可表征短时强降水即将发生。模糊逻辑算法识别的降水粒子以雨滴为主,云体顶部主要分布干、湿雪粒子。降水机制主要是云体中云粒子和降水粒子数目多,直径差别较大,取向复杂,在上升气流和涡旋辐合场作用下剧烈碰并增长成大雨滴而发生短时强降水。

洋面多层暖云的空间分布及垂直结构特征

利用中分辨成像光谱仪(MODIS)和云廓线雷达(CPR)2008年全年的融合资料,针对具有多层结构的洋面暖云系统,研究了其全球尺度的空间分布和垂直结构特征.通过修正传统的基于云顶温度的暖云判据,发现洋面暖云单体大多分属于3种主导构型,包括单层暖云、双层半暖云和双层纯暖云.统计结果表明,单层暖云、双层半暖云和双层纯暖云3种构型的占比分别为77.14%, 19.15%和3.71%.在全球分布上,3种构型暖云的差异明显,尤其是分布密集区域迥然不同.在云顶高度、云底高度及云层厚度等结构参数上,双层半暖云的下层暖云单体与单层暖云单体的统计特征极为接近,显示了两类暖云单体在几何结构上的相似性.这表明双层半暖云中上层冷云的存在并未造成下层暖云结构上的变化,洋面上的双层半暖云系统中的上层云和下层云可能多源于独立的成云过程.双层纯暖云构型中上层暖云的结构特征明显异于单层暖云,下层暖云则与单层暖云较为接近,但其云顶高度和云层厚度相比单层暖云偏小.另外,该构型中的下层暖云越薄,上层暖云越能向更高更厚发展.一致表明双层纯暖云系统中上层暖云与下层暖云的发展有一定的制约关系,两层云在生消变化中具有潜在的物理联系.

液滴催化暖云最佳播撒高度的研究

在现代人工影响云雾中,常用NaCl,CaCl_2,CO(NH_2)_2,NH_4NO_3等吸湿易溶的电解物质作为暖性云雾的催化剂,或以微粒播撒,或配成溶液喷撒。直接喷撒纯水滴来影响暖性云雾的,在国内外均有过试验,且有一定的催化效果。本文就液滴(包括淡水滴和稀溶液滴)催化暖云最佳播撒高度的问题作定量的计算和分析。 所谓液滴催化暖云的最佳播撒高度,就是对一定条件的云体,选用多大颗粒的液滴。

气溶胶浓度对暖云不同生长阶段物理特征影响的模拟研究

基于云微物理过程完善的TAU2D分档云模式,模拟研究了用热泡扰动生成的暖云在不同气溶胶数浓度(Na)背景条件下各演变阶段云微物理量的变化特征。结果表明:在暖云的发展过程中Na越高,云滴尺度变小,云滴间的碰并增长发动较晚,云滴谱因碰并增长而实现的滴谱拓宽变弱,云滴谱相对较窄,云滴谱标准差较小,因此云体发展越缓慢,云体生命周期越长,形成降水就越晚;反之,云滴尺度越大,碰并增长发动越早,云滴谱拓宽更明显,云滴谱标准差越大,云体生命周期相对更短,降水开始时刻越早。高Na背景下,碰并阶段云滴谱较凝结阶段更宽,沉降阶段因云体下沉蒸发导致小尺度云滴减少,使其滴谱较碰并阶段略有拓宽。在凝结阶段,低气溶胶背景下云滴数浓度(N)和离散度(ε)间呈现正相关关系,而高气溶胶背景下两者为负相关关系。在碰并阶段,N与ε的相关性关系为负相关,且随着气溶胶数浓度的增加,负相关程度降低。在沉降阶段,N和ε间为负相关关系。

液滴催化暖云降水的最佳播撒技术

用液滴催化暖云降水，达到“以小得大”的降水目的，结果指出：液滴催化暖云降水的最佳播撒高度和最佳播撒效率受到云中垂直气流速度（ω），云含水量（Ｑ），云滴半径（ｒ）和云层厚度（ΔＨ）的制约。

春风八面暖云岭——全国农垦教育工作会议采访手记

春风八面暖云岭———全国农垦教育工作会议采访手记●本刊通讯员邹玖生□会议报道三月的版纳，阳光明媚，和风习习，田野的禾苗泛着绿波，山间的胶林吐露新叶。在这美好时刻，全国农垦教育工作会议在景洪农场召开。这是全国发展近十年来教育史上的一次盛会。国家教委基础...