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祁连山云降水特征及云水资源开发利用技术研究进展与展望

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冰川冻土 2023年第2期45卷 368-381页

作者：罗汉张强杨兴国奚立宗程鹏王琦岳平沈秉璐南京信息工程大学大气科学学院江苏南京210044 甘肃省人工影响天气办公室甘肃兰州730020 中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃兰州730020 甘肃省气象局甘肃兰州730020 甘肃省气象服务中心甘肃兰州730020

地处中国西北地区的祁连山是全球气候变化下的敏感地区与生态脆弱区。近年来,在全球气候变暖背景下,祁连山冰川、雪盖加剧消融退缩,严重影响西北地区的生态环境安全。人工增雨是补充自然降水、增加地表径流、增加冰川储量的有效手段,但... 详细信息

地处中国西北地区的祁连山是全球气候变化下的敏感地区与生态脆弱区。近年来,在全球气候变暖背景下,祁连山冰川、雪盖加剧消融退缩,严重影响西北地区的生态环境安全。人工增雨是补充自然降水、增加地表径流、增加冰川储量的有效手段,但人工增雨受制于空中云水资源分布特征和云微物理特征影响,只有充分了解祁连山云水资源背景场特征和地形云及其降水规律,才能科学有效指导人工增雨作业。为此,本文对近十年来祁连山云水资源特征和地形云人工增雨的研究现状进行归纳总结,分别介绍了祁连山地形云的宏微观特征、水汽特征以及降水特征,重点包括大气可降水量、云水路径、水汽输送、降水效率等,以及人工增雨探测和效果评估新进展。研究发现,虽然祁连山空中云水资源分布不均,季节差异大,但可利用其变化规律进行人工增雨作业,利用云降水微物理检验、数理统计和生态效果检验等得出祁连山人工增雨具有显著效果。最后,本文指出未来对祁连山云降水的研究方向,以期为祁连山科学开展人工增雨提供参考,保护祁连山脆弱的生态环境。

关键词：祁连山云降水云水资源人工增雨

地基多波长雷达垂直探测云降水微物理特征研究进展

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暴雨灾害 2023年第4期42卷 361-371页

作者：李浩然阮征刘黎平陈羿辰毕永恒张云陈洪滨毛节泰中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 北京市人工影响天气中心北京100089 中国科学院大气物理研究所中层大气和全球环境探测重点实验室北京100029 国防科技大学气象海洋学院长沙410073 北京大学物理学院大气与海洋科学系北京100871

雷达作为一种遥感探测仪器,在云和降水的观测中发挥着重要作用。然而,由于不同水凝物粒子在形状、密度、粒径、主轴取向和谱分布等方面的巨大差异,单部雷达的反射率因子对云降水系统内部微物理特征的准确量化存在困难。近年来,水凝物粒... 详细信息

雷达作为一种遥感探测仪器,在云和降水的观测中发挥着重要作用。然而,由于不同水凝物粒子在形状、密度、粒径、主轴取向和谱分布等方面的巨大差异,单部雷达的反射率因子对云降水系统内部微物理特征的准确量化存在困难。近年来,水凝物粒子散射理论、电子计算机和毫米波器件技术的进步加速了多波长雷达遥感技术的应用,为进一步认识云微物理过程和改进云微物理方案提供了重要观测依据。多波长垂直探测雷达技术已经从散射理论催生新的观测方法进入到观测试验揭示关键云降水微物理过程的阶段。本文从雷达反演液态和固态水凝物的角度,讨论基于水凝物粒子衰减和散射特性的地基双波长和三波长垂直探测雷达遥感技术研究进展,介绍了国内外地基多波长云雷达实验的研究进展,并从粒子散射理论出发,提出多波长雷达正在从传统波段组合(如W/Ka/X波段)向结合更短波长和更长波长的“三波长+”方向发展。随着卫星雷达载荷从单波长到双波长,地基多波长气象雷达遥感技术的发展将为下一代星载多波长雷达载荷的研制提供有力支撑。

关键词：云降水微物理多波长雷达

基于雷达资料的一次高原涡天气云降水宏微观特征研究

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气象 2019年第10期45卷 1415-1425页

作者：李筱杨郑佳锋朱克云张杰王雨琪成都信息工程大学大气科学学院高原大气与环境四川省重点实验室

利用常规天气资料,并结合第三次青藏高原大气科学试验(TIPEX-Ⅲ)的毫米波云雷达资料和激光雨滴谱仪雨滴谱资料,对影响那曲地区的一次高原涡天气进行了综合分析,包括天气背景和云-降水水平、垂直结构和演变特征。结果表明:此次高原涡天... 详细信息

利用常规天气资料,并结合第三次青藏高原大气科学试验(TIPEX-Ⅲ)的毫米波云雷达资料和激光雨滴谱仪雨滴谱资料,对影响那曲地区的一次高原涡天气进行了综合分析,包括天气背景和云-降水水平、垂直结构和演变特征。结果表明:此次高原涡天气形成了涡旋状的云系,从垂直结构看本次过程由对流云演变为积层混合云。对流云阶段,回波多呈小面积的零星稀疏分布,持续时间较短,与此同时还伴有强烈的上升运动,云中正速度区多呈条状或细带状,云顶较高,呈“蘑菇状”,此时对应降水强度小,雨滴粒子浓度较低。混合云阶段,回波多呈整齐的片状,回波持续时间较长,云中的正速度区常呈柱状或方块状,近地面1 km位置处亮带明显,是由于粒子相态变化造成的,亮带以下降水粒子碰撞破碎,反射率因子明显降低,对应雨滴粒子直径多处于1~3 mm,且浓度较大。高原涡过程中不同阶段云所对应的雷达回波结构和降水特征存在明显的差别,本研究可为高原天气预报和物理过程等研究提供一定参考。

关键词：青藏高原那曲高原涡云降水宏微观特征云雷达

一次山地冬季“霰雪云雾”天气的云降水垂直结构和演变特征研究

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西南大学学报（自然科学版） 2021年第7期43卷 165-175页

作者：李剑婕郑佳锋吴凌华贺婧姝程志刚王炳赟高原环境与大气四川省重点实验室/成都信息工程大学大气科学学院成都610225 海装驻成都地区第三军事代表室成都610000

山地的云雨观测和研究是深入认识地形对云降水影响的基础.本研究利用Ka波段毫米波雷达和微波辐射计,对山地垭口2019年1月15-20日冬季“霰雪雾云”天气的云降水垂直结构和演变特征进行研究,结果表明:在不同水汽和动力条件下,4种天气的云... 详细信息

山地的云雨观测和研究是深入认识地形对云降水影响的基础.本研究利用Ka波段毫米波雷达和微波辐射计,对山地垭口2019年1月15-20日冬季“霰雪雾云”天气的云降水垂直结构和演变特征进行研究,结果表明:在不同水汽和动力条件下,4种天气的云雨类型、垂直结构和演变特征存在显著差异.降雪云层为对流云,云体发展旺盛,回波强且变化大;降霰云层、雾和低云则为层状云,云体浅薄,回波弱且变化小.水汽主要集中在低层2 km以下,但当高原槽过境,水汽可发展至6 km.大气层温度从低到高依次为:霰、雪、低云、雾,雾的温度垂直递减率明显减小.降雪对流云出现前,相对湿度、水汽密度和液态水路径提前3 h反映出了水汽变化,比雷达回波更敏感.降霰时,利于过冷水的维持,使得冰晶与过冷水冻撞形成霰粒子;而降雪时,云内温度较低使得冰晶聚并形成雪花.4类云层水凝物增长过程的高度存在差异,雪、霰、低云和雾的粒子增长高度分别位于3~6 km,1.2~2 km,1.2~2 km和0.4~1 km.含冰量和粒子有效半径从大到小依次为:雪花、霰、低云、雾.

关键词：毫米波云雷达微波辐射计云降水垂直结构演变特征

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山东一次暴雨过程的云降水微物理特征分析

气象 2015年第2期41卷 192-199页

作者：周黎明王庆龚佃利李芳山东省人民政府人工影响天气办公室济南250031 山东省济宁市气象局济宁272000

以2013年7月29日发生在山东的一次暴雨过程为例,利用高空间分辨率的MODIS极轨卫星资料以及布设在章丘的THIES激光雨滴谱仪连续采样获取的降水粒子谱资料,并采用Rosenfeld等提出的云微物理分析方法,对云和降水的微物理特征进行了分析。... 详细信息

以2013年7月29日发生在山东的一次暴雨过程为例,利用高空间分辨率的MODIS极轨卫星资料以及布设在章丘的THIES激光雨滴谱仪连续采样获取的降水粒子谱资料,并采用Rosenfeld等提出的云微物理分析方法,对云和降水的微物理特征进行了分析。结果发现,这个暴雨云团由多种不同高度的云系组成,其中对流云团在-10℃以上存在深厚的混合相增长带和冰化增长带,冰化增长起始温度基本都在-20℃左右。系统性层云中存在凝结增长、碰并增长和混合相增长过程,但无冰化增长过程。此降水过程多次出现强度>100 mm·h^(-1)的高雨强值,最大雨滴数浓度达10~4量级,并存在接近8 mm的特大滴,降水强度与雨滴数浓度和谱宽的关系极为密切;直径>2 mm的雨滴数浓度不足1%,但对降水的贡献却占绝大多数。从雨滴谱谱型分布来看,多峰型结构所占比例最大,单峰型次之,指数型分布出现频率最少。

关键词：暴雨卫星反演激光雨滴谱仪云降水微物理特征

河南春季一次云降水过程的宏微观物理特征分析

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气象 2007年第5期33卷 3-11页

作者：彭亮姚展予戴进濮江平汪晓滨廖菲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 陕西省气象科学研究所解放军理工大学气象学院中国科学院大气物理研究所

云降水的宏微观物理特征的观测和研究,有助于建立典型的云降水多尺度结构模型,为确定科学的人工增雨催化方案提供重要依据。借助于雷达、卫星等多种遥感探测手段,结合飞机的云中观测,对2004年3月31日河南云降水观测外场试验区（31.5-35... 详细信息

云降水的宏微观物理特征的观测和研究,有助于建立典型的云降水多尺度结构模型,为确定科学的人工增雨催化方案提供重要依据。借助于雷达、卫星等多种遥感探测手段,结合飞机的云中观测,对2004年3月31日河南云降水观测外场试验区（31.5-35°N,111-114°E）的一次云降水过程实施了综合探测,综合分析了此次云降水过程的宏微观物理特征。此次云降水系统属于比较典型的低槽、冷锋活动所造成的一次小至中雨过程。根据GOES卫星云图和天气图可以看出,沿锋面云系的后部,有一槽线,它对试验区的降水起主要作用,地面冷锋位于云带的前沿。雷达PPI回波显示为一条窄而长的回波带,宽度较窄,强度不大;RHI显示回波高度不高,回波云顶高度平均在5-6km左右,除存在一些20-30dBz的回波团外,回波强度比较均匀,回波中存在明显的0℃层亮带。这次降水为锋上高积云（Ac）和其下部液水较为丰沛的层积云（Sc）结合而成,在Ac云的4340m（-4.8℃）和3670m（0℃）液态水含量出现高值,分别为0.072g/m^3和0.086g/m^3,在Sc云中的0℃附近液态水含量出现高值。降水形成前,云中粒子谱型主要为单峰型,粒子直径大部分在5-10μm之间变化,大粒子浓度很低,不到0.1个/cm^3,且呈不连续分布,随着云中微物理过程的发展和降水的形成,粒子谱型逐渐转为双峰或多峰型,粒子浓度明显增高,粒子直径逐渐增大。

关键词：冷锋云降水宏微观特征 PMS

青藏高原典型云降水过程的垂直结构和宏微观特征研究

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青藏高原典型云降水过程的垂直结构和宏微观特征研究

作者：李筱杨成都信息工程大学

学位级别：硕士

高原涡与切变线不仅是高原地区主要降水系统,同时也会引发下游地区的灾害性天气。本文利用第三次青藏高原大气科学试验的新一代天气雷达、毫米波云雷达、雨滴谱仪资料等,对2015年8月5～7日影响那曲地区的一次高原涡天气以及8月26～28日... 详细信息

高原涡与切变线不仅是高原地区主要降水系统,同时也会引发下游地区的灾害性天气。本文利用第三次青藏高原大气科学试验的新一代天气雷达、毫米波云雷达、雨滴谱仪资料等,对2015年8月5～7日影响那曲地区的一次高原涡天气以及8月26～28日的高原切变线个例的云-降水宏微观结构和演变特征进行了研究。得到了如下结论:(1)研究使用的那曲高原涡个例是由于下游高压的阻挡作用,那曲地区存在低压中心并产生了较明显的气旋性环流,此后东移对下游地区产生影响。那曲切变线个例则是中高纬度低涡分裂的槽线延伸到高原地区演变而形成的。这两个个例均为由天气系统引起、伴有局地热力作用的混合性降水过程,充足的水汽输送、低空辐合高空辐散的垂直流场结构,为云和降水的产生提供了有利的天气条件。夜间温度露点差低,水汽饱和度高,两个个例云降水过程大多在夜间出现,此外高原涡系统在8月6日白天由于有力的水汽和动力条件配合,产生了维持8个小时的稳定降水。(2)从宏观结构看,高原涡个例在卫星图中可以看到明显的涡旋状云系形成并影响那曲地区。天气雷达中,高原涡过程由弱的对流云演变为积层混合云。对流云阶段,回波多呈小面积的零星稀疏分布,持续时间较短,仅有几个小时;混合云阶段,回波以整齐的片状为主,其中包含分散的小尺度对流单体,回波面积增大,持续了十几个小时。切变线个例中,卫星云图上偶尔在切变线附近有小面积对流云团出现。天气雷达中云系始终以积层混合云为主,与高原涡不同的是,切变线过程中,积层混合云上常有多个零散线状分布的对流单体,在径向速度图上有相应的逆风区存在,位置与切变线对应。与平原地区相比,两个个例中高原地区在正午时刻(12时-14时)局地对流发展并不强,而到了15时-20时,开始出现分散的对流单体并逐渐发展,入夜以后,对流系统开始减弱。(3)从微观结构看,在毫米波云雷达中,两类个例天气过程发展初期,强度回波都表现出对流云的特点,呈“火苗状”的云顶集中在10-12km区间内,意味着有强烈的上升运动。退偏振比大值区出现在距地面1km左右,显示了融化层的位置,弥补了天气雷达在对流天气下不出现零度层亮带而无法判断融化层的不足。融化层以上大气表现为强的上升运动,云中正速度区多呈条状或细带状,最大正速度值约为81-sm×。剧烈的空气运动造成粒子的翻滚,使得粒子的取向优势受到削弱,退偏振因子偏小。谱宽中有1.21-sm×左右的大值区,表示湍流运动强烈。该阶段降水持续时间短,雨滴谱分布较宽(0.5-4.2 mm),小雨滴(降水较为稳定,持续时间长,雨滴谱分布较窄,集中在0.5-3.0 mm之间,小雨滴占总雨滴数比例仍然较大。对比两个天气个例的云雷达和雨滴谱特征,与高原涡过程相比,切变线个例反射率因子强度明显更高,说明云内单位面积粒子数大。切变线引发的对流性降水瞬时雨强最大值(28.61hmm-×)远大于高原涡个例(9.891hmm-×),结合探空资料,与切变线过程中高的不稳定能量有关,稳定性降水的强度相似,维持在41hmm-×之内。此外,高原涡个例在云顶有显著的羽状结构,表示云顶“夹卷效应”较强,云体卷入了外部空气或流失了内部的上升气流。切变线个例中存在若干小尺度系统的混合云系过境,与天气雷达上处于切变线位置的若干连续对流单体的影响相对应,带来几次骤升骤降的降水。(4)青藏高原那曲地区不同类型天气过程和阶段云所对应的雷达回波结构和降水特征存在明显的差别,因此该研究有助于深入了解高原云和降水的形成机制,一方面对短临天气预报起到指导意义,另一方面有利于检验和改进数值模式中高原地区云和降水的模拟过程,对数值模式的发展提供参考依据。

关键词：青藏高原那曲宏微观特征毫米波云雷达云降水

云降水精细分析和决策指挥系统在湖南的集成应用

同方学位论文库评论

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云降水精细分析和决策指挥系统在湖南的集成应用

中尺度模式和新一代天气雷达产品识别云降水方法

第33届中国气象学会年会

作者：李琼张中波湖南省人影办湖南省气象防灾减灾重点实验室

以云降水精细分析和决策指挥系统（CPAS系统）为基础,开发湖南本地化的云降水精细分析和决策指挥系统,集成卫星、雷达、高空、地面等多尺度观测和反演信息,以云降水精细分析为核心,实现对多种云降水遥感监测及反演信息的实时精细处理分... 详细信息

以云降水精细分析和决策指挥系统（CPAS系统）为基础,开发湖南本地化的云降水精细分析和决策指挥系统,集成卫星、雷达、高空、地面等多尺度观测和反演信息,以云降水精细分析为核心,实现对多种云降水遥感监测及反演信息的实时精细处理分析,为短时临近云降水精细预报及人影播云条件和播云效果的实时分析等提供帮助,并利用平台的统计功能对湖南人影作业前后降水云系的回波结构和地面雨量等物理响应作具体研究分析。

关键词：云降水决策指挥集成应用

来源： cnki会议评论

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气象科技 2007年第4期35卷 470-473页

作者：胡雯黄勇翟菁安徽省气象科学研究所合肥230061

介绍一种结合中尺度模式产品和新一代天气雷达产品的云降水识别方法。首先利用中尺度模式(MM5)产品计算得到降水潜力区识别因子,分析降水潜力区。进一步结合新一代天气雷达产品,分析潜力区内云团的降水参数,确定有利于降水的云团。分析... 详细信息

介绍一种结合中尺度模式产品和新一代天气雷达产品的云降水识别方法。首先利用中尺度模式(MM5)产品计算得到降水潜力区识别因子,分析降水潜力区。进一步结合新一代天气雷达产品,分析潜力区内云团的降水参数,确定有利于降水的云团。分析结果表明,潜力综合指标对未来可能出现的具有大量水资源的对流性系统具有指示意义,可以用于分析对流性系统的降水潜力;另一方面雷达降水等级是对实际对流云团水资源等级的划分。综合这两者进行降水潜力的分析判别,可以增强降水云的识别能力。

关键词：云降水中尺度模式 MM5 新一代天气雷达