碘化银播撒对云和降水影响的中尺度数值模拟研究

通过在WRF(Weather Research and Forecasting)中尺度天气数值模式中引入碘化银与云相互作用过程,建立了中尺度播撒碘化银数值模式。研究了碘化银播撒对于中尺度对流天气过程中云和降水的影响,研究了不同播撒部位、播撒时间和播撒剂量情况下碘化银的扩散、传输及其对云中水成物和降水量的影响。研究结果表明,碘化银在云中的扩散传输过程与播撒的位置有很大关系,在最大上升气流区播撒的碘化银能随着气流更快地扩散到云体上部过冷水含量丰富的区域,播撒在云上层入流区和云下层入流区的碘化银扩散到云中过冷水区需要时间更长,同时有大部分停留在云体边缘。碘化银能与云中过冷水相互作用,消耗过冷水使云中冰晶数浓度明显增加,从而使霰粒子转化减少,过冷水更多地转化为雪粒子,过冷水凝结释放出潜热使上升气流增强,促进了对流发展。由于雨水含量的增加,地面降水也出现增加。碘化银播撒率对地面降水量影响很大,当播撒率为0.6 g/s时,播撒对降水的影响时间超过4小时,增雨的效果更好。播撒率为0.1 g/s时增雨效果不明显,当播撒率为1.2 g/s时,对总降水可能出现抑止作用。对比碘化银播撒率为0.6 g/s时12小时地面增雨量,在云上层入流区播撒碘化银试验中,地面增雨量比对最大过冷水含量区的催化试验提高了48.7%,最大上升气流区播撒试验增雨效果最好,地面增雨量比在最大过冷水区域播撒提高了72.1%。

碘化银、液态CO_2播撒对流云防雹增雨的数值模拟

利用三维对流云模式对2001年8月23日发生在北京的降雹性对流天气过程进行播撒模拟和分析。结果表明,无论播撒剂为碘化银(AgI)还是液态CO2(LC),在最大过冷水区播撒均比在最大上升气流区播撒效果好。在最大过冷水区(温度0^-10℃)播撒时,AgI播撒消雹增雨的效果均优于LC播撒。在最大上升气流区(温度8^-7℃)播撒时,LC播撒的增雨效果要好于AgI播撒,而AgI播撒减雹量较大。对本例而言,无论哪种播撒方式,播撒时间越早,采用合适的剂量进行催化,消雹增雨的效果越好。在云体发展成熟之前播撒均可以取得消雹增雨的效果,而云体发展旺盛或发展后期播撒则会导致雨水减少,降雹增多。

AgI焰剂对层状云催化的数值模拟研究

使用包含详细微物理过程的一维层状云全分档模式,并加入AgI焰剂催化方案,对2007年吉林省长春市一次层状云降水过程进行AgI播撒试验。分别选取云内过冷水含量峰值区(4000m)、最大冰面过饱和度区(5000m)和低温度区(5500m)作为播撒试验区,播撒时间选择云体未充分发展阶段和充分发展阶段。结果显示,在同等播撒剂量下,地面降水对云内AgI播撒高度较为敏感。ST2方案模拟400min后地面累计降水量增加10.4%。同等条件下,播撒时间越早,催化效果越佳。在充分发展的云体内播撒AgI焰剂,40min后云内过冷水含水量减少70%以上,表明云内过冷水消耗量与地面雨强增加量之间具有良好的正相关性。4种播撒方案均显示,云内AgI主要靠凝华核化机制产生冰晶,而接触核化机制对AgI核化过程贡献较小。与未催化云体相比,催化后云内冰晶粒子总凝华速率增加明显。同时,地面雨强增加,最大雷达回波强度减小。地面水滴粒子谱分布显示,相比于未播撒时,各播撒方案均使直径400μm左右的水滴粒子浓度增加1个数量级以上,而水滴粒子谱宽均略有下降,这表明AgI播撒后主要通过增加可降水粒子数量来影响地面降水强度和累计雨量,而对降水粒子谱型拓宽的贡献有限。

碘化银播撒对流云增雨数值模拟

利用中国科学院大气物理研究所建立的完全弹性三维对流云模式,对发生在2008年内蒙古通辽市8月26日的一次对流性降水过程进行催化模拟和分析.结果表明,在本例中,在最大过冷水区播撒,采用合适的剂量进行催化对取得较好的增雨效果非常重要,AgI催化剂浓度过大则会取得负效果.播撒的时间越早,增雨效果越好.

一次人工消雨试验数值模拟及物理过程分析

利用中尺度非静力WRF模式对一次人工消雨过程进行了数值模拟试验。试验结果及实况资料分析表明,在大片的降水云系中对局部的降水云进行过量AgI播撒,由于潜热释放增温使得降水云内的对流加强,促使大量小冰晶在高空向四周流散,云体消散,地面降水量减弱。由此可见,选择合适的作业高度、作业部位是人工消雨取得最佳效果的必要条件。