环境湿度影响人工催化消减雨效果的数值模拟研究

利用耦合了碘化银催化过程的WRF(Weather Research and Forecast)模式,对2014年8月16日南京青奥会开幕式当天实施的人工催化作业开展数值模拟,评估催化效果并通过敏感性数值试验调查低空环境干层对催化效果的影响。结果表明,催化作业产生了减雨效果,低空干区的存在是影响催化效果的关键。当低空存在深厚的相对湿度很小的干层时,催化导致减雨效果;当增加低层的相对湿度即弱化低空干层,催化减雨效果减弱甚至出现增雨效果。催化增强了雪的形成过程但减弱了雪的增长过程尤其是凝华增长,导致雪粒子浓度增加但粒径减小,融化产生更多的小雨滴增强了蒸发过程,最终导致地面降水减少。

北京2008年奥运会开幕式人工消减雨作业

自2002年6月起北京市人工影响天气办公室依托北京市科委重点课题"奥运期间人工防雹、消雨作业试验研究"进行了人工消(减)雨的研究,在此研究基础上提出了北京2008年奥运会开闭幕式人工消减雨作业技术方案和实施流程,针对北京8、9月份天气的特点和云系影响北京的来向,设计奥运会开闭幕式消减雨18个作业区,并分析了前期试验结果。重点分析了8月8日天气特点,及相应的飞机、地面火箭作业情况,并对作业效果进行分析。地面火箭大规模消云减雨作业后,雷达回波强度明显减弱,雷达回波趋于消散,尤其是在21:48—22:00作业阶段,雷达回波出现一个明显的缺口。对雷达回波按强度分档,从各档强度的雷达回波面积变化可以看出,回波变化的明显的特征是强回波面积逐渐减少,而弱回波面积则在逐渐增加。卫星资料反演的云顶高度和云粒子有效半径也能比较清楚地显示出大规模作业后的效果。

2008年奥运会开幕式日人工消减雨作业中尺度数值模拟的初步结果

2008年8月8日,在2008年北京奥运会开幕式举行之际,北京及周边地区出现了较强对流云团,给国家体育场内开幕式活动的顺利进行带来了极大威胁。根据云系的发展状况,北京市人工影响天气办公室有针对性地组织实施了大规模地面火箭人工消减雨作业,对抑制云、降水的形成和发展起到了一定作用。在中尺度数值模式MM5的Reisner2方案中引入了AgI粒子与云相互作用的过程,在MM5中实现了催化功能。参照2008年8月8日20:05至20:12进行的消减雨作业情况,利用加入催化方案的中尺度数值模式对该作业进行了数值模拟试验,就不同的播撒量对催化效果的影响进行了研究,并对其中的微物理机制进行了分析。研究结果表明:AgI播撒率对降水量改变影响很明显,当以5g·s-1的速率持续播撒AgI7min,在播撒作业后2h,催化区域内均表现为减雨,2h后为增雨。对于减雨的微物理机制主要是由于大量播撒AgI后导致空中云水大量减少,进一步导致霰减少,霰的减少导致雨水的减少;而2h后的增雨机制则是由于在雨水、云水、霰以及温度之间形成了正反馈,最终导致地面降水的增加。需要指出的是由于单参数方案的局限性,模拟的最大减雨率仅为8%～12%,离消雨的要求尚有差距,应利用双参数云方案作进一步模拟研究。

一次对流云人工消减雨作业云条件预报和作业预案合理性分析

为做好固定目标时段和区域的人工消减雨作业,利用云降水显式预报系统(CPEFS-v1.0)对云系性质和结构、移速移向及演变、降水机制等云条件进行预报。预报结果显示,2017年8月8日影响呼和浩特的云系性质为分散性对流云,具有冷暖混合云结构,云中上升气流强,对流单体水平尺度约为几十千米,生命史约为1.5~3 h,云顶高度约为10 km、云底高度约为3 km,0℃高度约为4.3 km;微观方面,冰相水凝物雪、霰含量高,暖区云水含量少,云中过冷水含量最大达0.7 g·kg^(-1),过冷水丰沛区域冰晶数浓度低,以冷云降水为主。初生在呼和浩特特定防护区西北方向的对流云团快速发展东移南压影响核心保障区,移速约为30~40 km·h^(-1)。卫星、雷达等实况监测显示,8日的云系为分散性对流云,预报对流云的生成时间比实况偏晚1~2 h,移向与实况一致,移速偏慢10~20 km·h^(-1)。在5 400 m高度处(-8℃),机载云物理探测的液水含量最大为0.6 g·m^(-3),预报与实况接近。根据预报的云系条件制定作业预案指出,在核心保障区的偏西北方向30~50 km处进行重点布防,适宜在5.1~7.0 km高度处实施AgI过量催化,8日上午飞机在第一道防线的弱回波区开展探测作业,地面作业集中在第三道防线对流云初生阶段实施过量播撒,以达到消减雨作业的目标。根据预案,提前24 h在核心保障区偏西北方向的第三道防线增设了5个地面移动作业点,这些作业点8日及时实施了消减雨作业。总体看来,此次云条件预报正确、预案制定合理,及时为外场实施消减雨作业提供了支撑。

人工消减雨作业雷达回波特征综合分析

主要利用S波段多普勒雷达相关产品对2008年8月8日奥运会开幕式时段北京市人工影响天气办公室进行的几轮消减雨作业效果进行了分析评估。分析表明,针对降雨云系进行过量AgI播撒作业后,作业云的雷达回波强度减弱,强回波顶高度降低,强回波面积减小。消雨效果显著。

第十二届全运会开、闭幕式人工消减雨技术保障

针对2013年第12届全运会开闭幕式期间沈阳历史上8、9月份气象资料,从天气学和大气物理学的角度统计分析了全运会开闭幕式场馆区域产生降水的主要天气类型、降水天气系统来向、降水概率、产生降水的云物理性质等特征。结果表明,就高空500 hPa天气图而言降水的主要天气类型有西风槽型、冷涡型、低涡型和短波槽型,所占的比例分别为51.72%、27.59%、13.79%、6.90%;其来向主要有南向、西南向、西向、西北向和北向,所占的比例分别为6.90%、27.58%、41.38%、20.69%、3.45%。降水云有冷云、暖云和混合云。可见开闭幕式期间降水天气较为复杂,降水概率较高,分别达32.60%和22.58%。根据人工影响天气原理,使距场馆远的云水提前降落和场馆近的云水得到抑制的方法,设计了人工削减雨的3道防线,构建了作业技术方案,确保人工消减雨作业安全、高效、顺利实施。

基于火箭和高炮真实催化轨迹的一次对流云消减雨的数值模拟

效果评估仍是人工影响天气研究面临的困难问题,数值模式在催化效果的评估方面有望发挥更大作用,建立能够模拟真实催化过程的数值模式是一条可行的途径。本文对一套三维中尺度催化模式进行了改进,采用了新的碘化银核化计算方案,在模式中增加了人工冰晶预报量及相关微物理过程,并实现了对地面火箭和高炮作业方式的仿真模拟。使用改进后的模式,采用500 m的水平分辨率,模拟了2019年9月1日华北地区一次对流云系的人工消减雨作业过程,对催化作业的消减雨效果进行了数值评估,并对碘化银在对流云中的核化特征及其催化作用机制进行了分析。结果表明:(1)催化作业对目标云系的雷达回波强度产生了一些影响,催化导致较多降水粒子滞留在高空,使得云体上部的回波强度略有增加,云体中下部的回波强度减弱,但催化作业并未改变目标云系雷达回波的自然演变趋势。(2)催化作业达到了一定的消减雨效果,作业区下游出现大面积减雨区,降水总量减少,降水强度减弱,局地最大减雨量为0.27 mm,主要影响区的平均减雨率为5.1%。(3)碘化银催化剂主要的核化方式为凝结冻结核化,其次为接触冻结核化。(4)催化作业造成了过量播撒,人工冰晶的成长占据竞争优势,它抑制了过冷层中其他水成物的自然增长过程,人工冰晶的凝华增长是导致云中水汽和云水消耗量增加的主要原因,凝华潜热的释放最终也引起云中垂直气流发生变化。(5)冷云降水是此次降水的主要物理机制,受催化的影响,暖层中霰融化过程的减弱导致雨滴总质量减少,这是降水减弱的主要原因,落入暖层下部的雨滴数量减少则是降水减弱的另一原因。

西藏和平解放60周年开幕式人工消减雨作业成果浅析

本文采用了NCEP(2.5×2.5)和常规观测资料来分析人工消减雨作业的必要性及人工消减雨作业后对定点区域相关要素的变化情况。得出在天气系统明确,出现合适的时机、云和环境条件下,上游地区实施人工增雨作业改变降雨分布,能减弱下游地区的降水强度,从而达到定点区域的人工消减雨目的。同时天气系统来向的上游地区实施人工增雨作业后,下游定点区域上空的垂直速度及云量等方面向着不利于降水的方向发展。

奥帆赛开闭幕式人工消减雨技术保障探讨

介绍了2008年青岛奥帆赛开闭幕式人工消减雨工作的技术保障方案,通过组织实施和效果分析表明:该方案实际可行,为奥帆赛的成功举办提供了有力的技术保障,可对今后开展此类工作提供参考,以备借鉴。

2011年大运会开、闭幕式人工消减雨的服务保障

针对2011年深圳大运会在天气复杂的8月份举办,对大运会开、闭幕式人工消减雨进行了初步探讨.全面分析深圳地区8月份天气形势和降水特点,根据降水云系生成和发展情况,以不同催化原理,科学设计3道防线.结合特殊地理位置,设想构筑海上作业防线,实行海、陆、空全方位立体式拦截作业.对不同性质的云层采用具有针对性的作业工具、催化剂种类、用量和催化方式,达到催化的科学性.针对不同作业方式,构建技术先进、实用的通讯方案,确保人工消减雨作业安全、高效实施.

一次重大活动的人工消减雨作业综合分析

本文利用历史气象资料,常规气象观测资料,对2014年10月11日~12日一次户外重大活动的人工消减雨作业气象保障服务从作业组织实施、气候背景、天气形势、作业效果等方面进行了分析总结,结果表明,在科学的组织实施下,采取有效的人工消减雨作业,对于较弱的天气系统影响下的降水,有着较为良好的服务效果,为后期户外活动的人工影响天气作业气象服务保障提供了一定的参考依据。

广州亚运会飞机人工消(减)雨的保障措施

介绍2010年广州亚运会飞机人工消(减)雨保障工作,根据亚运会飞机人工消(减)雨工作性质和要求,提出了初步的设想和方案。并对亚运会飞机人工消(减)雨这一复杂的技术系统工程提出一些建议,结合广州市和周边地区的地理位置和亚热带季风气候变化的特点,通过演练和日常工作组织的实施和效果分析,探讨方案实际的操作性和可行性。

车载X波段雷达对人工消云减雨作业效果初步分析

人工消云减雨是人工影响天气技术的延伸和发展。主要手段是在影响本地保护区的降水云系的上风方,对其进行大规模、连续的催化作业以改变其降水分布,使保护区无雨或小雨。在介绍车载X波段双通道双线偏振全相参多普勒天气雷达的系统组成、主要参数、观测原理的基础上,简要概述了人工消云减雨原理,阐述了2008年8月8日天气过程和奥运会开幕式人工消云减雨作业,并利用车载X波段雷达产品对开幕式人工消云减雨作业进行了实例分析和效果检验。

人工消(减)雨作业中卫星反演云特征参量变化

利用FY-2C静止卫星资料反演的云物理宏微观特征参数初步分析了北京2008年奥运会开幕式期间地面火箭消(减)雨作业的物理响应。对8月8日夜间作业较集中时段的云顶高度、液水路径和云粒子有效半径三个云参量的变化分析显示,地面大规模火箭作业对减弱或抑制云降水的形成和发展起到了一定作用。火箭作业及其携带入云的碘化银引晶作用,使作业区附近云顶高度明显下降,云体发展受到抑制;液水路径减少很多,表明空中云液水尤其是过冷水被大量转化。此外,过量引晶也促使作业区附近云粒子有效半径明显减小,不利于降水的形成。

利用卫星反演云参量分析一次人工消(减)雨作业过程

利用FY-2C卫星云参数产品分析了2008年8月8日北京消(减)雨作业过程。结果显示,同一时刻液水路径、云粒子有效半径、云顶高度、云顶温度的绝对值和云体过冷层厚度的大值区分布一致;作业前后液水路径、云粒子有效半径、云顶高度、云顶温度和云体过冷层厚度变化明显。

十一运会开幕式消(减)雨作业数值模拟研究

利用中科院大气所开发并发展的三维对流云模式对十一届全运会开幕式当天影响山东的对流过程进行了数值模拟和过量催化试验。结果表明模拟自然云与观测事实吻合较好;设计96组催化方案对该个例进行消(减)雨模拟试验、催化试验表明,在模拟云3.5km高度的最大过冷水含量中心引入3600.0g碘化银催化剂,连续催化消(减)雨效果较好(地面降水总量减少97.5%),此次模拟对比分析了模拟自然云与催化云,从微观上探讨了消(减)雨的基本原理,模拟所用催化剂量、催化部位与当天山东人影办的作业实际基本一致,对指导实际作业有一定的参考价值。

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。

一次冷锋降水过程消(减)雨催化试验

利用常规探空资料,结合雷达、卫星及自动站资料对2009年9月19-20日十一运会人工消(减)雨地面作业演练进行了分析。这次过程是一次比较稳定的小到中雨天气过程,为人工消(减)雨作业试验提供了有利的条件,通过9月19日晚系统前期和20日上午消(减)雨作业过量催化试验,对比分析作业前后的资料特别是直观的雷达探测资料,进行人工影响天气效果的物理检验,取得了比较明显的作业效果,为以后的消(减)雨作业催化试验提供了有益的尝试。

奥运保障消云减雨试验中的卫星资料应用

北京市人工影响天气办公室根据天气情况,进行了奥运消云减雨试验。2005年9月和2006年8月,使用FY-2C卫星资料对北京区域的云层进行分析研究。本文主要是描述了在多次消云减雨试验中,卫星反演数据的变化。

广州亚运开幕日人工消(减)雨作业的物理响应分析

2010年11月12日广州亚运会开幕日当天对广州西部降水云系实施了飞机人工消(减)雨作业。对实施人工消(减)雨作业前后FY-2C/D静止卫星资料反演的云顶高度、云顶温度、云粒子有效半径、液水路径等4个云参量的时间序列变化特征进行分析,初步明确了此次飞机人工消(减)雨作业的物理响应,结果显示:作业后,云顶高度高的云系面积减小,整个目标云系迅速收缩;针对冷暖云层分别采用冷暖云催化剂进行催化,作业后冷云层很快消散;作业目标云系的云粒子有效半径在母云系的云粒子有效半径增加时出现不断减小的情况,这与催化后降水提前产生,大粒子从云体落至地面,使得目标云中大粒子越来越少有关;云中垂直液水含量在作业后迅速减小。