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冷云催化宏微观物理响应的探测与研究

高原气象 2017年第5期36卷 1290-1303页

作者：孙玉稳银燕孙霞刘伟韩洋闫旭升河北省人工影响天气办公室/河北省气象与生态环境重点实验室石家庄050021 南京信息工程大学中国气象局大气物理与大气环境重点开放实验室南京210044 美国内华达大学里诺分校物理学院美国内华达州89557 河北省石家庄市气象局石家庄050081 美国沙漠研究所大气科学部美国内华达州89512

2014年4月15日河北省中南部出现一次回流西风槽天气过程,河北省人工影响天气办公室对该天气过程作了飞机云物理探测和增雨作业,并专设飞行航线以研究作业前后云的宏观、微观物理响应。利用机载PMS观测资料,结合雷达、卫星观测资料分析,... 详细信息

2014年4月15日河北省中南部出现一次回流西风槽天气过程,河北省人工影响天气办公室对该天气过程作了飞机云物理探测和增雨作业,并专设飞行航线以研究作业前后云的宏观、微观物理响应。利用机载PMS观测资料,结合雷达、卫星观测资料分析,发现该次降水过程云系特点是上层"槽前云"较弱,下层"回流云"较强,无高云;作业探测过程中云中下沉的降水粒子在"回流云"中增长,该层出现大量直径在3 mm以上的降水粒子;作业层内小云粒子浓度普遍在20 cm^(-3)以上,最大值为300 cm^(-3),大云粒子浓度低于0.02 cm^(-3)。作业后宏微观物理响应包括:作业区FY-2E卫星云图亮温在1 h后由-25℃降到-30℃左右,中云发展,其云顶抬高;雷达反射率因子催化作业后升高,最强达45 d BZ,35 d BZ以上的雷达回波区面积增加;从雷达剖面图上看,强雷达回波区下沉了500~1000 m。机载PM S观测资料显示,作业后云中小云粒子、大云粒子浓度都有增加,降水粒子浓度经历了先降后升的过程,持续时间约25 min。粒子谱呈双峰分布,第二峰在10.5μm;粒子浓度在直径在10.5~150μm区间内呈指数递减,直径在150~1000μm区间内粒子浓度变化不大而粒子直径迅速增长,大于1000μm粒子浓度急降与粒子沉降有关;作业后有效粒子直径向大值方向偏移,平均直径、平方根直径和立方根直径分布频谱变宽,粒子分布更离散。作业后影响区地面雨量增加,影响时间在作业后3 h之内。

关键词：冷云催化作业设计云微物理探测云粒子谱

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碘化银冷云催化的数值模拟研究

气象 2016年第3期42卷 347-355页

作者：刘香娥高茜何晖嵇磊北京市人工影响天气办公室北京100089 中国气象局北京城市气象研究所北京100089 北京云降水物理研究与云水资源开发重点实验室北京100089

利用加入碘化银冷云催化模块的中尺度数值模式WRF对2014年5月9-11日发生在华北地区的一次降雨天气过程进行了增雨催化数值模拟研究。模式的催化参数根据实际增雨作业信息进行设置,探讨了增雨的效果和机理,并针对催化高度和催化剂量进行... 详细信息

利用加入碘化银冷云催化模块的中尺度数值模式WRF对2014年5月9-11日发生在华北地区的一次降雨天气过程进行了增雨催化数值模拟研究。模式的催化参数根据实际增雨作业信息进行设置,探讨了增雨的效果和机理,并针对催化高度和催化剂量进行了两组敏感性试验。结果表明：在高度5-6 km,温度-20--15℃左右的冷云区位置引入碘化银冷云催化剂可使地面降水量显著增加。地面增雨开始于作业后30 min左右,70 min左右达到最大,90 min后出现减雨,110 min后减雨效果大于增雨。增雨机制主要为：碘化银的播撤使融化层之上云中的过冷水含量显著减少,冰雪晶的含量增加,雨滴碰并雪的过程和雨滴捕获云滴的过程增强;增加的雪晶下落到暖区融化成雨滴的过程增多,最终造成地面降雨量的显著增加。从微物理过程的量级来看,雪晶粒子的融化是导致降水增加的最主要过程。不同催化高度和催化剂量的敏感性试验结果表明,针对这次过程在过冷云水丰富,温度较低而冰雪晶含量相对较少的高度进行催化效果较好。继续加大催化剂量,可以起到更好的增雨效果。

关键词：碘化银冷云催化增雨机制

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碘化银冷云催化的数值模拟研究

碘化银冷云催化的数值模拟研究

中尺度碘化银催化数值模式在人工影响天气业务中的应用试验

第33届中国气象学会年会

作者：刘香娥高茜何晖嵇磊北京市人工影响天气办公室云降水物理研究与云水资源开发北市重点试验室中国气象局北京城市气象研究所

利用加入碘化银冷云催化模块的中尺度数值模式WRF对2014年5月9至11日发生在华北地区的一次降雨天气过程进行了增雨催化数值模拟研究。模式的催化参数根据实际增雨作业信息进行设置,探讨了增雨的效果和机理,并针对催化高度和催化剂量进... 详细信息

利用加入碘化银冷云催化模块的中尺度数值模式WRF对2014年5月9至11日发生在华北地区的一次降雨天气过程进行了增雨催化数值模拟研究。模式的催化参数根据实际增雨作业信息进行设置,探讨了增雨的效果和机理,并针对催化高度和催化剂量进行了两组敏感性试验。结果表明:在高度5-6km,温度-15--20℃左右的冷云区位置引入碘化银冷云催化剂可使地面降水量显著增加。地面增雨开始于作业后30分钟左右,70分钟左右达到最大,90分钟后出现减雨,110分钟后减雨效果大于增雨。增雨机制主要为:碘化银的播撒使融化层之上云中的过冷水含量显著减少,冰雪晶的含量增加,雨滴碰并雪的过程和雨滴捕获云滴的过程增强;增加的雪晶下落到暖区融化成雨滴的过程增多,最终造成地面降雨量的显著增加。从微物理过程的量级来看,雪晶粒子的融化是导致降水增加的最主要过程。不同催化高度和催化剂量的敏感性试验结果表明,针对本次过程在过冷云水丰富,温度较低而冰雪晶含量相对较少的高度进行催化效果较好。继续加大催化剂量,可以起到更好的增雨效果。

关键词：碘化银冷云催化增雨机制

来源： cnki会议评论

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气象学报 2021年第2期79卷 359-368页

作者：刘香娥何晖高茜王永庆杨燕北京市人工影响天气办公室北京100089 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 中国气象局北京城市气象研究院北京100089 中国气象局华北云降水野外科学试验基地北京101200

数值模式越来越多地应用于人工影响天气业务工作中。文中着眼北京地区人工影响天气业务对数值模式预报的需求,结合地基作业的特点,初步进行了碘化银(AgI)冷云催化数值模式在人工影响天气业务中的应用试验。试验采用同化了多种观测资料... 详细信息

数值模式越来越多地应用于人工影响天气业务工作中。文中着眼北京地区人工影响天气业务对数值模式预报的需求,结合地基作业的特点,初步进行了碘化银(AgI)冷云催化数值模式在人工影响天气业务中的应用试验。试验采用同化了多种观测资料的北京睿图快速更新和多尺度分析预报系统-临近子系统(RMAPS-ST,Rapid-refresh Multi-scale Analysis and Prediction System-Short Term)的预报结果做为初始场,运用耦合了冷云催化模块的中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecasting Model)进行冷云催化数值试验,催化模块添加在Morrison双参数微物理方案中,考虑了水汽在人工冰核上的凝华核化、凝结冻结和接触冻结核化过程,模拟范围覆盖北京地区所有的地面作业站点以及华北人工影响天气飞机作业区域。业务试验包括运行对照试验以判定具有催化潜力的地基作业站点及催化信息、进行预催化模拟和实际作业后的催化模拟。个例应用显示,冷云催化数值模式的业务试验可以预判未来一定时段内人工影响天气相关物理量场的变化及作业效果,可为前期人工影响天气地面作业方案的制定提供参考,后期可进行实际作业信息输入进行催化模拟,对比验证与分析可以改进和优化流程算法,不断提升制定地面作业方案的科技水平。

关键词：冷云催化数值模式人工影响天气

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秦皇岛地区气候干旱与人工增雨的探索

中国环境管理干部学院学报 2010年第2期20卷 18-21,34页

作者：曹建新陈连友河北省生态环境重点实验室河北石家庄050021 秦皇岛气象局河北秦皇岛066000

气候分析表明:随着气候变化及环境城市化,秦皇岛市区域年平均气温指数呈上升趋势,特别是近10年出现了连续偏高的异常变化;年降水指数呈明显减小趋势,出现了连年干旱,高温少雨不仅使生态环境不断恶化,而且使农田干旱、水库蓄水严重不足,... 详细信息

气候分析表明:随着气候变化及环境城市化,秦皇岛市区域年平均气温指数呈上升趋势,特别是近10年出现了连续偏高的异常变化;年降水指数呈明显减小趋势,出现了连年干旱,高温少雨不仅使生态环境不断恶化,而且使农田干旱、水库蓄水严重不足,因此人工增雨变得更加迫切。目前,秦皇岛市人工增雨工作已进入常态化、业务化轨道。总结1999—2008年火箭人工增雨经验,人工增雨操作的技术关键:一是分析局地降水气候规律;二是利用碘化银进行人工增雨需要适当的温度条件,即所谓进行冷云催化。在增雨时应充分考虑这一物理机制,选择好合适的发射高度,把催化剂送到可催化的温度环境中,以保证作业成功率。

关键词：气候干旱人工增雨冷云催化水资源短缺

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人工影响天气的原理、方法及操作

北京农业 2015年第35期 145-146页

作者：张保侠陕西省白水县防雹工作站

气象灾害带给人们的损失往往是不可估量的,为了避免或减少气象灾害对人们生活和生命财产安全的影响,通过科学研究,最终学到了一些方法来改变天象,使之变得有益于人们生活生产,如人工降雹、人工降水、人工消雾等。基于此,就人工影响天气... 详细信息

气象灾害带给人们的损失往往是不可估量的,为了避免或减少气象灾害对人们生活和生命财产安全的影响,通过科学研究,最终学到了一些方法来改变天象,使之变得有益于人们生活生产,如人工降雹、人工降水、人工消雾等。基于此,就人工影响天气的原理、方法及操作程序等作简要阐述,以供参考。

关键词：人工影响天气云中催化剂冰雹大气物理学固态降水人工增雨人工冰核冷云催化碘化物碘化银碘化銀防雹作业冰晶

一次飞机充分播撒增雨作业的数值催化模拟研究

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一次飞机充分播撒增雨作业的数值催化模拟研究

第35届中国气象学会年会

作者：刘卫国陶玥周毓荃中国气象科学研究院中国气象局人工影响天气中心

2014年4月15日河北中南部出现一次降水天气过程,针对此次降水过程,开展了飞机探测和增雨作业,飞机在目标云区进行播撒作业时,采用了有设计的飞行作业航线以达到对目标云区进行充分播撒的目的。针对这次飞机催化作业,采用中尺度催化模式... 详细信息

2014年4月15日河北中南部出现一次降水天气过程,针对此次降水过程,开展了飞机探测和增雨作业,飞机在目标云区进行播撒作业时,采用了有设计的飞行作业航线以达到对目标云区进行充分播撒的目的。针对这次飞机催化作业,采用中尺度催化模式进行了模拟,并对模拟结果进行了分析。1.天气背景和飞机作业概况从4月15日天气形势看,河北中南部地区受河套地区东移高空槽以及中低层暖切影响,同时低层存在东北风回流。从水汽条件看,700h Pa的有西南暖湿气流输送水汽,但水汽通量不大,总体水汽条件一般。此次过程降水云系以层状云为主,降水量以小雨为主。从雷达回波的演变看,15日下午大范围雷达回波区的移动方向主要为由西向东,其中在石家庄西南部和邢台西北部有强度30d Bz以上的回波出现并东移,其中心高度在2km左右,强度最高可达35d Bz,同时在邢台东部由于低层受偏东风影响,有强回波区自东向西移动,回波强度最高35d Bz以上,30d Bz回波顶高略高于2km。东西两个方向的回波区在18时左右相遇,雷达回波合并后强回波的范围增大且回波中心强度加强,之后强回波区主体向东移动并逐渐减弱。15日16:55作业飞机从石家庄正定机场起飞,到赞皇后先上升后下降至4800m平飞,在赞皇、元氏、高邑、柏乡和临城等地做S型飞行并开展催化作业,整个作业过程总计燃烧19根焰条,其中主要作业时段在17:45～18:30之间,该时段作业高度为4800m（约-6℃）,作业剂量为17根焰条。作业后,飞机进行穿越探测并与20:05返回机场。2.模式模拟及结果分析2.1模式设置模式采用刘卫国等（2016）发展的中尺度催化模式进行模拟,使用每3小时一次的同化了雷达资料的LAPS中尺度分析场为模式提供初始场和侧边界条件,水平方向采用3km-1km二层双向嵌套,垂直65层,模式顶气压200hP a,微物理方案内外层均使用CAMS方案,不使用对流参数化,模拟时间为15日08时至16日08时（北京时,下同）。2.2自然云模拟结果对比模拟的自然云（指未催化的云）雷达回波与实况表明,模拟的雷达回波表现出的了15日下午东西两个方向雷达回波中心的移动方向以及合并增强的过程,且模拟回波顶高总体与实况接近,只是回波中心强度较实况偏弱。另外,从雷达回波的水平分布位置看,模拟的河北中南部的回波位置较实况偏南偏东,从经纬度位置上看大约相差各0.5度;从回波的时间变化特征看,模拟回波出现类似实况特征变化的时间要晚约30～60min。模拟的地面降水分布较实况的位置偏差与雷达回波类似,但降水量级与实况相符。2.3催化模拟设置考虑到自然云模拟结果与实况的差异,催化模拟时,在催化的水平位置和开始时间上进行相应调整,飞机航线形状、催化时长和催化剂量与实况基本一致。模拟催化在18:20开始,催化时长40min,催化高度4800m,Ag I剂量212.6g,模拟忽略了实际作业上升段2根焰条的催化过程。2.4催化结果及分析催化模拟表明,Ag I释放后随催化层偏西主导气流由西向东输送,催化后几分钟在催化层即出现冰晶数量的变化,Ag I垂直方向传输明显增强,可到达-30℃左右（约8km）,同时在高层也出现明显的冰晶数量变化。催化后1小时左右,不但在催化层,而且在催化层以上约3km范围的区域内,大部分催化影响区均出现10～50个/L的冰晶浓度变化,部分区域出现250个/L以上的变化。从催化的目标云区的垂直剖面的分析可看到,催化区域的过冷云水主要存在于约4.2～5.5km之间,但催化后在5.5km以上缺少过冷云水的区域,冰晶数浓度也出现较大的变化,由此可推断催化后Ag I冰核的凝华核化也起到了重要作用。比较催化云和自然云的雷达回波变化可看到,催化开始后1小时,虽然云中各微物理量（质量、浓度）均有明显的变化,但雷达回波强度的变化不明显;催化后1小时20分钟后,催化云的雷达回波出现明显变化,在回波的垂直剖面上可看到,强回波区的范围增大,在催化层附近及其下部出现新的强回波区,这表明催化增强了降水粒子的发展。从降水的变化上看,催化后地面降水也出现变化,催化后3小时降水变化的总效果是增雨,但增雨总量有限,从云系微物理特征上分析增雨量较少的原因,可能主要是由于自然云过冷水较少,冰晶及降水粒子成长条件一般有关。以催化区下游向东约100km范围的区域作为目标区,统计催化后3小时降水变化,目标区净增雨量3.6×104吨,局地增雨率在-9%～13%之间。3.结论此次飞机播撒作业,对下游目标区具有增雨作用,目标区净增雨量3.6×104吨,局地最大增雨率13%。催化导致云中微物理量有明显变化,催化开始后1个多小时后,雷达回波上可以看到明显变化,降水回波增强。Ag I播撒后,随云中上升气流向高空扩展明显,在高空过冷水含量少的情况下,Ag I的凝华核化过程起到重要作用,

关键词：中尺度催化模式数值模拟冷云催化催化效果

来源： cnki会议评论

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双参数微物理方案在ARPS模式中的应用

双参数微物理方案在ARPS模式中的应用