廖菲[1]2004年在《河南省春季层状云系结构及其降水特征的研究》文中指出本文对2002年4月4～5日和2003年3月30日～4月2日河南省两次春季层状云降水个例进行了分析。利用3小时一次的加密探空资料、卫星云图、雷达回波图、天气图、地面雨量、雨滴谱、微波辐射计等资料，分析了降水云系的宏观特征，并利用一维层状云模式研究了降水粒子的时空分布和水质粒形成的微物理特征，由此初步建立了河南省春季层状云降水的概念模型。 由观测资料分析可知，河南省春季层状云系结构不均匀，云系由若干个云块组成，云块之间有明显的界线，云顶高度在4～8km之间起伏变化，零度层亮带高度约为3.5km，云系存在一定厚度的过冷云层。暖区位势不稳定区位于0℃高度上下，冷区位势不稳定区位于-10～0℃高度之间。水汽含量最大值区位于700hPa附近，700hPa以下水汽通常来自南、东南方向，700hPa以上主要受西南气流影响。暖区700～500hPa之间一般存在上升气流。位势不稳定区所在高度的上方和下方会有风向切变和风速极大值中心，并且风切变或急流中心会早于位势不稳定的出现。暖区有明显的强降水中心，雨强极大值出现在山区迎风坡，降水雨滴谱谱宽较大，有时滴谱呈双峰型分布；冷区降水区常呈带状分布，雨区范围大，雨滴谱较窄，雨滴谱为单峰型。 一维层状云模式模拟结果表明，暖区以凝华增长的云水为主，云水分布在2～6km高度；雨水在云水形成后产生，分布在1～4km之间，主要通过碰并云水增长；霰在雨水形成后产生，主要通过碰并云水增长，分布在云水区的中下层，霰形成后，雨水主要由霰融化产生。冷区降水云以冰相粒子为主，冰晶由凝华过程产生，分布在6～8km的最高层；雪是降水云中含量最大的粒子，主要分布在2～6km之间，大部分雪通过凝华过程增长，少部分雪由碰并过冷云水生成；霰分布在1～3km之间，霰碰并雪及雪自动转化为霰是霰增长的主要方式，也有少部分霰由碰并过冷云水转化而来；绝大部分雨水由霰、雪融化形成，分布在霰累积区的下方，霰及雪的含量直接影响雨水的产生量。 通过对降水云系的综合研究，建立了河南省春季层状云降水概念模型：暖区降水主要通过云水碰并形成，冷区降水机制以冰粒子融化等冷云过程为主;暖区700一50OhPa通常有上升气流，冷区上升气流分布在近地面附近:700冲a存在风场的辐合，其上下则主要是辐散区;水汽主要集中在7O0hPa高度上，暖区水汽来自南、东南方向，冷区水汽以西南输送为主;暖区位势不稳定分布在O。C附近，冷区位势不稳定分布在一10一OOc，位势不稳定出现的时间与地面强降水、水汽最大累积区出现的时间一致。
金华[2]2006年在《河南省春季层状云降水特征和人工增雨条件的研究》文中指出本文采用分析实测资料与中尺度模式模拟相结合的方法,较为完整地分析了2000年4月12-15日的和5月10-12日出现于河南境内的两次大范围层状云降水过程。利用卫星云图、天气图、地面降水资料、雷达回波图及PMS资料等分析了降水云系的宏微观特征;确定了飞行探测中的丰水区段,分析了其分布特征。并利用中尺度模式研究了云系的云微结构特征。 分析观测资料后发现:河南春季层状云系结构不均匀,云系由若干云区组成,云区间有无云区;云带内部不均匀分布也较明显,表现为PMS探测中多次出现云粒子及冰粒子浓度的起伏变化。云中云粒子可能存在多种模态,某些区域以一种模态为主。降水云系垂直方向上存在粒子增长层及大粒子减小层,二者交替出现,间隔分布。 层状云中过冷水多的区域是丰水区,丰水区的分布是人工增雨催化作业关注的云微观特征之一。讨论了丰水区在PPI雷达回波上的位置及其同回波强度间关系;分析了丰水区在云中的部位及云系所处的发展阶段。两次降水过程中确定了11个丰水区段,分析发现:丰水区具有如下微物理特征:粒子谱较宽,大云粒子较多,云粒子模态主要为云水滴。 分析模拟的水成物分布后发现:垂直方向上霰粒子中心同雨水中心有较好的对应关系。水平分布中,雪粒子大值区同大面积强雷达回波中心有较好对应关系;云水较少出现于大片强雷达回波区内,更多出现于:孤立的强回波单体内、大片强回波附近的弱回波区及无回波区(1km高度模拟回波同4km高度雪、云水对比结果)。 分析模拟结果中特定点的水成物垂直分布发现:降水云由高空冰晶、中低空雪、霰、云水及低空雨水等组成。零度线以上,强回波区同霰、雪中心对应;零度线以下,强回波区对应于降水粒子中心。云中某些部位低空缺乏云水,暖云过程不明显。
邵洋[3]2007年在《河南省一次春季层状云系降水的宏微观特征及降水机理研究》文中研究表明本文在对2005年3月20日～21日河南省出现的一次层状云系降水过程的观测分析基础上,利用ARPS中尺度数值模式分析了降水云系的宏微观特征、水分收支和微物理转化特征,并探讨了此次降水过程的物理形成机理。河南省此次春季层状云系降水是西南低槽影响下的冷锋降水,整层基本是来自孟加拉湾的暖湿水汽输送。在与来自北方的地面冷锋在中原地区相遇时,暖湿空气沿锋面缓慢抬升,形成了大范围的系统性层状云系。河南此次降水的云系水凝物和地面降水都是由南往北逐渐减少的。模拟的云系云顶较为平坦,平均云顶高度约为10 km,平均云底高度约为1 km,平均0℃层高度约为3 km。云系云顶和0℃层呈南高北低的倾斜分布,河南南部的云顶和0℃层较高,而云底较低。云系存在明显的垂直分层结构,7 km以上为冰相云,3～7 km为冰水混合云,有不连续的无云区存在,水云在1～3 km之间。降水过程中,河南省域的水汽流入主要是水平流入,而地表蒸发作用的贡献相对较小。模拟分析表明,水汽的水平收支状况与天气系统和风场的形势是紧密配合的。当河南处于槽前西南暖湿气流中时,水汽的水平流入率较大、流出率较小,整个区域为水汽辐合;当低槽移入河南境内时,水汽的水平流入率减小、流出率增大,整个区域表现为水汽辐散,降水逐渐减弱。河南南边和西边是此次降水过程水汽的主要水平流入边界,较强流入高度在3 km以下。东边和北边是水汽的主要水平流出边界,较强流出高度在1.5 km以下和2~5 km之间。相对于水汽的水平收支,水凝物的水平收支较少。数值计算还表明,河南北部和南部的降水形成机理存在差异。固态水在北部和南部的分布相当,而液态水分布在北部较少、在南部较多,相应的过冷水分布也是南部较多。北部地区的雪和霰主要是凝华增长,其次是碰冻过冷水增长,雨水主要来自雪和霰的融化,为“播撒-供给”机制的混合云降水。南部地区上空的水汽凝结强烈,雪和霰主要是碰冻过冷水增长,其次是凝华增长,由于低层液态水非常丰富,雨水除了来自雪和霰的融化外,收集云水的贡献约占了一半,为“播撒-供给”机制和暖云机制的共同降水。模拟的降水效率、凝结降水效率和凝华降水效率与过程降水实况的分布形势较为相似,都是河南南部较高、北部较低。河南北部地区的降水效率低于20%;南部地区一般在20%以上,信阳地区达到50%以上。河南北部的凝华降水效率高于凝结降水效率,而南部的凝结降水效率高于凝华降水效率,说明河南北部的冷云过程重要,而南部的暖云过程更为重要。
翟菁[4]2005年在《河南省春季层状云系和降水中尺度结构的模拟对比研究》文中研究指明本文对2002年4月4-5日和1999年4月11日河南省两次春季层状云降水个例进行模拟和对比研究。模式选用非静力中尺度模式MM5V3.5,模拟最小格柜为叁公里,模拟的结果分别同NCEP再分析资料、GMS-5卫星云图、TRMM卫星资料、雷达回波图、天气图、地面雨量等资料进行了对比分析,研究了降水过程中的云系动力场、水汽场、热力场特点,以及云系的宏微观结构,讨论了云系降水的微观机制,以及增雨潜力区的分布。 对02年的降水过程的模拟得到的结果与实测资料相似,尤其模拟得到的4月5日雨核的发生发展消散的过程与实测河南省的雨强资料结果吻合较好,并揭示出850hpa的低涡以及低层水汽对降水的重要影响;对99年的降水过程,模拟与实测资料都显示,该次降水过程中,北部受较稳定的低槽冷锋云系影响,而南部有气旋云系发展。两次过程模拟得到的云系结构与当地雷达回波资料以及TRMM卫星资料等均有较好的对应。 对比分析显示了两次降水过程的一些共同特征:低层的水汽供应充沛的地方相应有较强的降水产生;稳定的低槽冷锋云系云中云顶冰晶高度在10km以上,宽广的云系大都由高层冰晶组成,但是能产生降水的只是其中部分位置,这些位置对应有雪、霰、云水、雨水等水成物,其中雪、霰主要分布在冰晶和0℃层之间,云水、雨水分布在0℃层附近至地面之间;对于降水较强的地方(降水率超过5mm/h),云系由各种水成物相连组成,较大的上升气流与云水所在处或雪所在处有较好对应关系,从适当的方向做剖面可以见到云内有多个柱状结构,水平尺度只有十到上百公里,这些柱状结构往往与地面强降水中心对应,在一些降水较弱或没有降水的地方,云系存在分层情况;位势不稳定区的存在对降水有明显的影响;云中有多处过冷水存在,上升气流与云水有很强的对应关系;这些过冷水丰沛而冰晶不足的地方正是催化潜力所在区;地形对降水以也有一定影响。 模拟显示具有详细云物理过程的中尺度非静力平衡模式对河南春季的这两次降水过程具有良好的模拟能力。
周非非[5]2005年在《层状云系人工增雨潜力的数值研究》文中提出出于防灾抗旱的需要,我国广泛开展着人工增雨作业,其规模之大堪称世界之最。北方春秋季出现的大范围层状云系是人工增雨的主要对象,因此通过催化作业云系能否增加降水,即云系是否具有人工增雨潜力这一问题受到人们的高度重视。为了减少增雨作业的盲目性,提高科学性,增强人工增雨效果,很有必要进行层状云系的人工增雨潜力研究。在判断云系增雨潜力时,有些人把降水效率作为判别人工增雨潜力的指标,也有些人用水汽含量、过冷水含量、冰晶浓度和冰面饱和区来确定潜力区。人工增雨潜力是一个复杂的科学问题,用任何单个因子判断云系人工增雨潜力,都有一定的片面性和局限性。本文在他人研究的基础上,通过对2002年10月19日前后在河南省产生大范围降水的层状云系的观测结果和数值模拟的研究,分析了一些新的人工增雨潜力要素,提出了定性综合判断云系人工增雨潜力的思路。通过研究获得如下主要结果:一、用实测资料分析了云系形成的天气形势、卫星云图和雷达回波、云的宏观特征和热力学特征以及雨滴谱等,使我们对被模拟的云系有一定了解。结果表明,层状云系降水主要受高空和地面相互配合的低值天气系统的共同影响。在低槽冷锋云系的地面锋面到来之前,低层存在不稳定区,且高空锋区上方也存在不稳定区。锋区存在逆温。红外卫星云图上云系色调较白亮,纹理较均匀。雷达回波中有明显的亮带,回波顶高有起伏,存在高空对流泡。目测的云状多为Fn-As op分布,有时出现雨层云。云系中存在“催化-供给”云结构。地面雨滴谱观测分析表明,小雨滴对数浓度的贡献较大,大雨滴对雨强(含水量)的贡献大。一般在雨强较大的时段,雨滴谱随之拓宽。雨滴谱基本符合M-P分布,而与Γ分布更接近。二、利用MM5模式成功地模拟了该云系。模拟的间隔12小时的位势高度场基本再现了中尺度天气系统的分布和位置,模拟的温度场与客观分析场相当一致,对流层中层槽区气旋性风场、低空切变线和低空急流以及6小时累积降水量都被较好的模拟,还模拟出了实测的气柱水汽量和液态水量的演变趋势。叁、云系云层结构及其与降水的关系。云系在垂直方向上云层的结构具有多样性,云系中存在“催化-供给”云。有的是从高到低连为一体的云体,其微物理结构有明显分层的特征,即由冰晶和雪粒子组成高的云层,由雪、霰粒子和过冷水构成中的云层,由云水和雨水组成低的云层。有的由在垂直方向上分离的高、中和低的云层组成,中间夹着无云区。云垂直方向的结构对降水有较大影响。连成一体的“催化-供给”云中,各种粒子的含水量较高,雪层较厚,降水强度较大; 若在高、中的云层间夹着干层,云中含水量较低,降水强度较小。
周毓荃[6]2004年在《河南层状云系多尺度结构和人工增雨条件的研究》文中研究表明本研究主要针对我国春秋干旱季节系统性层状降水云系的多尺度结构特征、人工增雨潜力条件及其增雨开发技术开展研究。以地处中原、具有典型代表意义的河南层状降水云系为主要研究对象，在对该地历史天气气候和云物理等资料分析的基础上，研究设计云系多尺度观测方案(包括加密观测项目、观测时空分辨率)，实施有设计的外场综合观测，获取云系结构多尺度(大、中、小、微)配套的实时观测资料；通过对各种观测资料的分项和综合处理分析，以典型个例观测和数值模拟分析研究为重点，综合多个例分析，研究河南层状降水云系多尺度宏微观结构特征、降水物理机制和人工增雨潜力条件，建立典型层状云系人工增雨概念模型，研究科学的人工增雨作业技术系统。为提高该类云系降水精细预报能力和人工增雨的科技水平，提供科学依据和技术支持。 取得的主要研究结果： 1．层状云系中—微尺度探测和分析处理技术方法。以加密观测的多普勒雷达、3小时探空、10～30分钟雨强、地面雨滴谱等间隔取样及在GPS引导下的飞机云物理探测等获取的叁维高时空密度的综合探测为主体；配合专项设计开发的多路通讯采集存贮系统、多类信息的分析处理平台、主要观测项目的分析反演软件，结合多尺度云系模式，综合构成层状云系中微尺度探测和分析处理技术方法。 2．河南春秋季云水资源条件和云雨宏观物理特征。河南春秋季较丰沛的空中水资源主要集中在700hpa以下，其中地面—850hpa水汽占整层30％—45％。；降水天气的主要水汽输送路径有叁条，以来自孟加拉湾的西南水汽输送带对降水最为有利；云系以冷暖混合云体为主，具有发生“播撒-供应”机制有利的宏观云体条件；云系降水的时段和面积一般只有云系生命期和面积的一半。总体上，河南春秋季具备较有利的人工增加降水的天气气候和云水资源条件。 3．河南层状云系多尺度结构特征和降水物理机制。造成河南春秋季层状降水云系的主要天气系统有低槽冷锋和地面气旋两大类。在大尺度冷锋气旋天气系统中，嵌有不均匀的中小尺度湿热力动力结构。表现为低层大尺度冷垫、中空不断出现的中尺度“冷涌”及对应的位势不稳定区。这些不稳定区是低层水汽输送摘要重要的动力条件，也是“播撒一供应”机制发生的有利的湿热力环境条件，云系较强降水回波在这里得到发展，使整体均匀的冷锋层状云系降水场有较强回波带和对流泡发展，带来地面有>10mmlh较强降雨中心产生和移动。冷锋云系中水凝物空间分布不均匀，云水含量丰沛的云水大值区在云体的中上部，其值为0.1(g/in3)。降水主要以冷雨过程发动，地面降水形成的微物理过程分别为低层暖云过程产生并通过碰并云水增长、降落到暖区的冰相粒子融化和融化的冰相粒子在云的暖区收集云水继续长大等叁部分组成。 4.河南人工增雨有利条件及多尺度人工增雨概念模型。河南春秋季最有利人工增雨的天气条件结构是:中高空低槽、地面北路或东路冷锋构成的以锋后降水为主的低槽冷锋天气结构;符合一定条件的中小尺度湿热力动力结构是人工增雨有利的中尺度湿热力环境条件;在有利的中尺度湿动力条件下发展的冷锋宽层状混合回波带，且垂直剖面为冷暖混合体的“播撒一供应”结构配置合理的回波结构最有利;有利于人工增雨的冷锋云系云状为As和Sc，其下部为丰水区，对降水的增长起供水作用;冷锋云系中悬浮在中空O℃左右的云水团，有2一3小时的生命期，空间范围有20一100腼不等，是人工播云催化的有利条件;云中云水和冰晶的组合配置结构十分重要，满足云粒浓度>20/cm3(FSSP测)、冰晶浓度小于20/L(ZD一C测)的为最佳催化潜力区。 有利于“催化一供应”机制发生发展的中小尺度湿热动力环境条件和回波结构、及云中冰晶浓度、水汽含量和过冷云水含量的合理配置，共同构成了实施人工播云增雨的中尺度和微物理条件。 5.人工增雨作业技术系统。根据河南层状云多尺度时空结构特征和人工增雨条件，提出分时段监测、通信和分析处理平台的设计及多任务人工影响天气五段业务流程。并根据河南情况进行了部分开发，初步形成有充分科学依据、流程合理的层状云系飞机人工增雨作业技术系统。
邵洋, 郑国光[7]2007年在《河南省春季层状云系降水的空中水资源特征分析》文中提出利用ARPS中尺度数值模式对河南省2005年3月20—21日层状云系降水过程中的云水资源特征进行了模拟分析,模式主要计算了水汽收支状况、云中水分的微物理转化和降水效率等。结果表明,充沛的水汽输送为云系的形成和发展提供了有利条件,河南省域的水汽收入主要是水平流入,地表蒸发的贡献相对较小。河南南边界和西边界是此次降水过程水汽的主要水平流入边界,东边界和北边界是水汽的主要水平流出边界,较强的流入高度在2km附近。云系呈明显的垂直分层结构,平均0℃层在2.5km高度附近。6km高度以上的高云为冰云,2.5~6km高度之间的中云为冰水混合云,2.5km以下的低云为水云,符合“播撒-供给”云结构。雪和霰主要在4km高度左右生长,雨水主要在2.5km高度左右的0℃层附近生长。全省小时降水效率和地面小时降水量的时间变化趋势较为一致,但明显滞后于水汽流入率的时间变化。在降水较强时段,河南省域的小时降水效率为20%~30%。降水效率的分布形势与累计降水较为一致,河南南部较高、北部较低。
彭冲[8]2014年在《两类层状云系结构特征和人工增雨条件的观测研究》文中提出北方层状云和积层混合云等的微物理结构、过冷水分布规律、降水机制等都是人工增雨条件判据和指标建立的基础。所以,深入研究不同天气系统下云系的宏、微观物理结构特征,了解云中过冷水分布规律及其降水机制,完善相关概念模型,对科学实施人工增雨作业,具有重要意义。本文利用2012年9月25日和2013年4月5日山西、河南两次有设计的飞行观测,并结合卫星、雷达、探空、雨量等配套资料,分析了层状云和积层混合云两类层状云系的宏、微观结构特征、降水机制及人工增雨条件。主要结果有：1、2012年9月25日,山西一次低槽冷锋层状降水云系。其云项高度在lOKm-13Km,云顶温度在-40℃～-0℃,0层高度在4000米左右,系统深厚无夹层且云系水平和垂直方向的宏、微观结构都表现出明显的均匀和稳定。云层冷区几乎没有过冷水,主要以固态冰相粒子为主,通过凝华作用增长,且粒子在冷区下落过程中形状稳定。冷区小云粒子(CDP)谱呈指数分布,大云粒子(CIP)谱呈双峰分布,降水粒子(PIP)谱呈叁峰分布,且相同高度的不同位置上,粒子谱型、浓度基本一致；暖区大云粒子(CIP)和降水粒子(PIP)谱型均由多峰变为单峰。综合整个飞行过程的探测分析,该类层状云系在不同时段微物理结构均匀、过冷水欠缺,不具备人工播撒冰核进行增雨催化作业的条件。2、2013年4月5日,河南一次低槽冷锋积层混合降水云系。云顶温度处于播云温度窗-1℃～-24℃附近,云垂直结构连续无夹层,垂直发展明显,雷达回波无亮带。云中冷区,小云粒子有效直径随高度降低而减小；大云粒子有效直径随高度降低而增大,粒子谱在冷区呈双峰分布；降水粒子有效直径随高度降低而增大,粒子谱型无规律性,呈指数分布或单峰分布。4950米高空,云粒子以冰晶为主,存在少量针状固态粒子,云粒子在下落过程中逐渐凝结增长,4000米、3650米和3000米高度层的针状粒子明显增多,落入2400米高度层时,多通过凝结、攀连等过程增长为霰、雪等粒子。降水粒子下落过程中,通过凇附、攀连、攀附等作用增长。整个探测过程,4km以上的过冷水都极为丰富,液相和冰相粒子浓度配置符合人工播云的可播条件,且可播区占云体各高度层的主要部分,作业条件较好。
姚展予[9]2006年在《中国气象科学研究院人工影响天气研究进展回顾》文中研究指明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。
周毓荃, 包绍武, 黄毅梅, 郝建平[10]2002年在《中尺度层状云系数值预报系统及其业务化应用试验》文中指出研制了中尺度静力平衡层状云系数值模式 ;针对人工影响天气业务特点 ,开发了模式预处理、后处理和产品服务系统 ;初步建立了一套可在业务中实时运行的中尺度层状云系数值预报业务系统。经过两年多的业务运行试验 ,结果表明 :系统运行稳定 ,功能实用 ,对降水场和云场具有一定的预报能力 ;对小、中雨量级的稳定性降水预报准确率较高 ;模拟的云场同卫星、雷达实测云系有较好的一致性。可为人工影响天气作业决策及降水预报等实时业务提供帮助。
参考文献：
[1]. 河南省春季层状云系结构及其降水特征的研究[D]. 廖菲. 南京气象学院. 2004
[2]. 河南省春季层状云降水特征和人工增雨条件的研究[D]. 金华. 中国气象科学研究院. 2006
[3]. 河南省一次春季层状云系降水的宏微观特征及降水机理研究[D]. 邵洋. 中国气象科学研究院. 2007
[4]. 河南省春季层状云系和降水中尺度结构的模拟对比研究[D]. 翟菁. 南京信息工程大学. 2005
[5]. 层状云系人工增雨潜力的数值研究[D]. 周非非. 中国科学院研究生院（大气物理研究所）. 2005
[6]. 河南层状云系多尺度结构和人工增雨条件的研究[D]. 周毓荃. 南京气象学院. 2004
[7]. 河南省春季层状云系降水的空中水资源特征分析[J]. 邵洋, 郑国光. 气象. 2007
[8]. 两类层状云系结构特征和人工增雨条件的观测研究[D]. 彭冲. 南京信息工程大学. 2014
[9]. 中国气象科学研究院人工影响天气研究进展回顾[J]. 姚展予. 应用气象学报. 2006
[10]. 中尺度层状云系数值预报系统及其业务化应用试验[J]. 周毓荃, 包绍武, 黄毅梅, 郝建平. 南京气象学院学报. 2002