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一次冰雹云发展的雷达回波特征分析及其防雹作业效果物理检验

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气象与环境科学 2024年第4期47卷 1-12页

作者：姚展予赵洁云屠琦张泽群刘臻王伟健姚振东中国气象科学研究院中国气象局云降水物理与人工影响天气重点开放实验室北京100081 成都信息工程大学成都610225 连云港市气象局江苏连云港222006

利用云南昭通CC雷达和威宁探空等资料,对贵州省威宁县2017年7月23日的一次冰雹云发展过程的雷达基本反射率因子和径向速度的变化特征进行分析,同时通过插值得到剖面变化特征,研究雹云垂直结构演变,并根据雷达回波顶高、强回波中心(45 d... 详细信息

利用云南昭通CC雷达和威宁探空等资料,对贵州省威宁县2017年7月23日的一次冰雹云发展过程的雷达基本反射率因子和径向速度的变化特征进行分析,同时通过插值得到剖面变化特征,研究雹云垂直结构演变,并根据雷达回波顶高、强回波中心(45 dBZ)高度、组合反射率和垂直累积液态水含量(VIL)这4个雷达探测特征物理量,进行时间序列分析,得到防雹作业效果。结果表明:(1)降雹前对流单体的合并使回波强度和VIL分别跃增至60 dBZ和50 kg·m^(-2)以上,冰雹云的雷达回波出现旁瓣回波和“V”形缺口。(2)中低层气流的径向辐合及高层强辐散带来的强烈抽吸作用所产生的上升气流,使雹云能够稳定维持和发展。(3)防雹作业后,雹云开始由上至下分裂直至完全分裂成两个孤立弱单体,回波顶高明显降低,组合反射率较峰值下降近30 dBZ。(4)在作业单元和对比单元的生命史时间内,作业单元的4个雷达探测特征物理量下降速率均大于对比单元的,表明防雹作业有效抑制了雹云的发展。通过对比分析发现,防雹作业24 min后,4个雷达探测特征物理量的双比值均小于1,进一步证明防雹作业取得了明显的正效果,加速了对流单体的消亡。

关键词：雷达回波雹云特征防雹效果物理检验

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我国人工增雨作业效果定量评估研究综述

气象 2022年第8期48卷 945-962页

作者：王飞李集明姚展予李德泉李建军中国气象局云雾物理环境重点开放实验室北京100081 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 三维时空软件股份有限公司福州350001

如何评判人工播云效果一直以来是人工影响天气科研试验和业务工作的核心问题。本文总结了近年来我国人工增雨作业效果定量评估研究进展,从定量评估概念、常用方法、影响因素、存在问题等方面进行了系统性介绍。在分析各地已开展的人工... 详细信息

如何评判人工播云效果一直以来是人工影响天气科研试验和业务工作的核心问题。本文总结了近年来我国人工增雨作业效果定量评估研究进展,从定量评估概念、常用方法、影响因素、存在问题等方面进行了系统性介绍。在分析各地已开展的人工增雨定量评估结果的基础上,从多方面探讨了未来作业效果定量评估技术的研究目标和发展方向,为人工影响天气作业效果评估相关科研与业务工作提供帮助与建议。

关键词：人工增雨作业效果定量评估

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山东夏季两次极端雨强暴雨的滴谱特征研究

大气科学 2023年第2期47卷 311-326页

作者：王俊姚展予侯淑梅王洪张秋晨龚佃利山东省气象防灾减灾重点实验室济南250031 山东省人民政府人工影响天气办公室济南250031 中国气象局云降水物理与人工影响天气重点开放实验室/人工影响天气中心北京100081 山东省气象台济南250031

利用Thies激光雨滴谱仪观测的两次极端雨强暴雨的雨滴谱资料,结合CINRADA/SA多普勒雷达观测资料,分析了极端雨强对流降水雨滴谱和积分参数特征、以及地面雨滴谱的形成机制,主要结论为:(1)两次过程都是受副热带高压外围西南气流与西风槽... 详细信息

利用Thies激光雨滴谱仪观测的两次极端雨强暴雨的雨滴谱资料,结合CINRADA/SA多普勒雷达观测资料,分析了极端雨强对流降水雨滴谱和积分参数特征、以及地面雨滴谱的形成机制,主要结论为:(1)两次过程都是受副热带高压外围西南气流与西风槽共同影响,具有高温高湿的特点,有利于强降水的产生。(2)强对流降水(雨强R>20 mm h-1)雨滴谱参数lg Nw、D0与雨强R关系显示,2015年8月3日参数D0随着R增大很快增大,线性拟合线的斜率较大,lg Nw随着R增大逐渐减小,线性拟合线的斜率为负值;2017年7月26日D0和lg Nw与R都是正相关,但D0和lg Nw随着R增大较缓慢地增大,线性拟合线的斜率较小。强对流降水雨滴浓度NT与雨强R之间的关系可以用幂函数拟合,8月3日有较大系数和较小指数,7月26日有较小系数和较大指数。(3)不同雨强的对流降水平均雨滴谱分布显示,8月3日随着雨强增大(R>50 mm h^(-1)),直径1~3 mm中小粒子数密度相差不大,直径3~6 mm大雨滴的粒子数密度明显增大,对流降水Z–R关系有较大指数(1.61);7月26日随着雨强增大各直径档的粒子数密度基本同时增大,对流降水Z–R关系有较小指数(1.25)。综合各种参数与雨强关系和平均雨滴谱分布特征判断,8月3日强对流降水雨滴谱属于典型的尺寸控制雨滴谱特征,而7月26日对流降水属于浓度—直径混合控制的雨滴谱特征。(4)雨滴谱归一化Gamma函数参数Nw–D0分布显示,两次对流降水都具有典型大陆性对流降水雨滴谱特征,对流降水主要属于冰相对流降水雨滴谱,但8月3日过程有较多雨滴谱属于冰相—暖雨混合对流降水雨滴谱特征。

关键词：雨滴谱极端雨强尺寸控制浓度—直径混合控制

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中国与阿拉伯国家人工影响天气交流合作

气象科技进展 2023年第2期13卷 89-90,95页

作者：姚展予中国气象局人工影响天气中心

进入21世纪,中国在人工影响天气领域已与许多国家建立了良好的双边交流与合作关系。中国的人工影响天气技术逐渐走出国门、走向世界。过去20年,中国与一些阿拉伯国家建立了人工影响天气科技合作意向。与阿拉伯国家在人工影响天气领域的... 详细信息

进入21世纪,中国在人工影响天气领域已与许多国家建立了良好的双边交流与合作关系。中国的人工影响天气技术逐渐走出国门、走向世界。过去20年,中国与一些阿拉伯国家建立了人工影响天气科技合作意向。与阿拉伯国家在人工影响天气领域的深入合作,让中国人工影响天气技术更好地服务阿拉伯国家,助力构建人类命运共同体,服务“一带一路”建设。

关键词：人工影响天气走向世界合作意向走出国门一带一路人类命运共同体中国与阿拉伯国家交流与合作

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卫星遥感资料在蒸发波导数值预报中的应用

电波科学学报 2012年第4期27卷 819-824页

作者：王振会杨璐姚展予王喆南京信息工程大学气象灾害省部共建教育部重点实验室江苏南京210044 南京信息工程大学大气物理学院江苏南京210044 中国气象科学研究院北京100081 中国气象局培训中心北京100081

基于美国国家环境预报中心(NCEP)再分析资料和卫星遥感资料,利用天气预报模式(WRF),并耦合Babin蒸发波导模式,对发生在福建省平潭岛地区的一次蒸发波导过程进行了三维变分同化数值模拟预报对比试验。结果表明:24h之内模式预报结果与平... 详细信息

基于美国国家环境预报中心(NCEP)再分析资料和卫星遥感资料,利用天气预报模式(WRF),并耦合Babin蒸发波导模式,对发生在福建省平潭岛地区的一次蒸发波导过程进行了三维变分同化数值模拟预报对比试验。结果表明:24h之内模式预报结果与平潭岛观测结果变化规律基本一致(相关系数都在0.92以上);卫星遥感资料同化可以使模式初始场优化,有助于改善预报结果,"同时同化海表风和海面温度"情况下,经过偏差订正后的预报效果最好(无偏均方根误差最小为0.680m);单独同化海面风或海面温度资料都会改善预报结果。

关键词：蒸发波导 WRF模式卫星遥感资料同化

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声波在湍流大气中的散射衰减

应用气象学报 1994年第1期5卷 82-89页

作者：姚展予中国气象科学研究院

文章推导出了改进的大气声散射截面σ（θ）表达式，确定了大气声散射系数α＿ｓ的解析表达式，并得出改进的大气声折射指数脉动结构系数表达式；实测结果表明，在潮湿大气中，湿度脉动和温湿相关脉动与温度脉动一样是影响声散射衰减的... 详细信息

文章推导出了改进的大气声散射截面σ（θ）表达式，确定了大气声散射系数α＿ｓ的解析表达式，并得出改进的大气声折射指数脉动结构系数表达式；实测结果表明，在潮湿大气中，湿度脉动和温湿相关脉动与温度脉动一样是影响声散射衰减的重要因子，而在干燥大气中，湿度脉动的影响可以忽略。

关键词：声波散射衰减大气湍流

中国气象科学研究院人工影响天气研究进展回顾

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应用气象学报 2006年第6期17卷 786-795页

作者：姚展予中国气象科学研究院中国气象局云雾物理重点开放实验室北京100081

中国气象科学研究院人工影响天气研究,在过去的40多年中,围绕人工增雨技术与外场试验、雹云物理与人工防雹、雾结构观测与人工消雾、云的宏观结构与云图、云降水模式与数值模拟、云物理室内实验与催化剂及催化技术等方面开展了大量的研... 详细信息

中国气象科学研究院人工影响天气研究,在过去的40多年中,围绕人工增雨技术与外场试验、雹云物理与人工防雹、雾结构观测与人工消雾、云的宏观结构与云图、云降水模式与数值模拟、云物理室内实验与催化剂及催化技术等方面开展了大量的研究工作,取得了丰硕的研究成果,很多研究成果在我国人工影响天气业务实践中已经得到广泛的应用,发挥了实际效益。

关键词：中国气象科学研究院人工增雨人工防雹人工消雾数值模拟和室内实验

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冰雹形成过程及人工防雹研究综述

气象学报 2022年第6期80卷 835-863页

作者：姚展予屠琦安琳汪会李集明贾烁赵洁云姚振东中国气象局云降水物理与人工影响天气重点开放实验室中国气象局人工影响天气中心北京100081 成都信息工程大学成都6102251

冰雹作为一种短时强灾害天气,常给农业、建筑、电力、交通甚至生命财产等造成严重影响,人工防雹也因此受到人们的广泛关注。文中首先介绍了冰雹形成机理和雹云物理研究情况,然后围绕人工防雹机理、技术、科学试验及效果评估这4个方面的... 详细信息

冰雹作为一种短时强灾害天气,常给农业、建筑、电力、交通甚至生命财产等造成严重影响,人工防雹也因此受到人们的广泛关注。文中首先介绍了冰雹形成机理和雹云物理研究情况,然后围绕人工防雹机理、技术、科学试验及效果评估这4个方面的研究进行了评述,旨在从理论和实践上总结人工防雹工作的进展,增进对人工防雹科学问题的认知,从而为促进中国人工防雹理论研究和技术进步提供借鉴。研究表明:(1)“累积带理论”和“循环增长理论”是冰雹形成的最常见理论,限于早期的雷达观测技术和缺乏完整的冰雹数值模式,早期认知的冰雹形成机理存在一定的局限。(2)雹胚一般分为冻滴胚和霰胚,冻滴胚由过冷雨滴冻结而成,霰胚则是冰晶、雪花撞冻生长而成。冰雹云中哪种雹胚占优势,主要看云底温度的高低。雹云的发展依赖于水汽条件、动力不稳定条件、风垂直切变等关键因子。(3)人工防雹主要遵循“播撒防雹”和“爆炸防雹”2条技术路线,“利益竞争”和“早期降雨”是常见的6种防雹原理假说中最广泛被用来作为防雹作业设计依据的2种播撒防雹理论。(4)人工防雹技术上多采用通过飞机、地面火箭、地面燃烧炉等向云中播撒人工冰核,或通过地面高炮向云中发射含人工冰核的炮弹等方式,影响冰雹的生长过程从而达到抑制或削弱冰雹生长的目的。(5)大量外场试验证明人工防雹效果有较大的地域差异,需根据各地冰雹云特征及其降雹特点制定和发展本地适用的人工防雹技术体系。(6)人工防雹效果检验仍然是制约人工防雹技术发展的一个“瓶颈”,目前常用的统计检验、物理检验和数值模拟检验技术方法均需要进一步改进和完善。由于雹云变化迅速、降雹过程短促,人工防雹技术实施的时效性以及防雹效果评估仍存在较大的困难。今后应更多地借助多种探测设备进行冰雹云的精细化探测,开展有科学设计的人工防雹外场综合试验,运用统计检验、物理检验和数值模拟相结合的综合检验技术方法评估防雹效果,推动人工防雹事业进一步快速发展。

关键词：冰雹形成过程人工防雹机理人工防雹技术人工防雹科学试验人工防雹效果评估

基于70 m^(3)膨胀云室的暖云滴谱试验研究

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应用气象学报 2023年第5期34卷 540-551页

作者：李睿劼黄梦宇丁德平田平毕凯杨帅姚展予北京市人工影响天气中心北京100089 中国气象局华北云降水野外科学试验基地北京101200 云降水物理研究和云水资源开发北京市重点实验室北京100089 中国气象局人工影响天气中心北京100081

为开展云降水微物理过程机理和机制室内试验研究,设计建造北京气溶胶与云相互作用云室(Beijing aerosol and cloud interaction chamber,BACIC),搭建完整的气溶胶、云滴谱及常规气象要素测量系统,并于2019—2021年开展暖云试验。结果表... 详细信息

为开展云降水微物理过程机理和机制室内试验研究,设计建造北京气溶胶与云相互作用云室(Beijing aerosol and cloud interaction chamber,BACIC),搭建完整的气溶胶、云滴谱及常规气象要素测量系统,并于2019—2021年开展暖云试验。结果表明:BACIC能够模拟大气绝热膨胀成云过程,结果符合云微物理基本原理,云雾环境维持时间为5~10 min,达到开展相关科学问题研究的基本要求。利用环境气溶胶开展膨胀试验,测量显示气溶胶数浓度为10000 cm^(-3)和2500 cm^(-3)环境下,成云云滴数浓度分别为2500 cm^(-3)和200~400 cm^(-3),云滴平均直径分别为8μm和15~25μm;上升速度为14.3 m·s^(-1)和2.09 m·s^(-1)时,气溶胶成云活化率分别为42%和17%;气溶胶成云活化率的敏感区域位于气溶胶数浓度小于5000 cm^(-3)的区域;可定量化分析上升速度、气溶胶数浓度与云滴谱特征的相关关系。不同吸湿特性材料的暖云膨胀试验显示:污染背景下开展亚微米级别吸湿性催化剂播撒会导致云滴谱变窄,表明人工消减暖云或雾应采用大粒径催化剂。

关键词：云室绝热膨胀气溶胶云滴谱