超声速气流触发过冷水雾核化的机制研究

本文对超声速气流触发过冷水雾核化的机制进行了实验研究,对影响冰晶产生的各种气流参数进行了细致测量。实验结果表明超声速气流的快速绝热膨胀的冷却作用是促使大量冰晶产生的确切机制、高速运动气体与环境静止空气的剪切混合作用以及边界层的涡旋冷却作用对冰晶产生亦起着不可轻视的作用。实验测得单位质量空气的成冰率为1011～1012个／克。用高纯度氮气代替空气得到类似结果。     

超声速气流成冰率和冰晶形成机制

在温度为0—12℃并悬浮有雾滴的冷箱中测量了超声速气流的成冰率ρ_(io)结果表明,在马赫数1.1—1.84和总压小于6个大气压范围,ρ_1介于10~(12)-10~(12)g~(-1)。结果还表明,ρ_2随马赫数和总压增大以及环境温度降低而缓慢增加。这些结果与超声速气流膨胀理论所表明的规律相一致。 对冰晶形成机制分析表明,超声速气流中的水汽均质核化(凝结-冻结)是产生冰晶的主要过程。本文指出,超声速气流用于飞机人工影响天气具有价廉、无污染、简便和长距离作业等优点。根据实验提供的数据,发展一种新的人工影响天气新技术是可能的。     

云中可溶性物质对冰核化影响的实验研究

用冷台冻滴和２ｍ３云室试验相结合的方法,研究了云中可溶性物质对冰核化的影响。实验结果表明,一般云中观测到的可溶性盐类气溶胶（如ＮａＣｌ、（ＮＨ４）２ＳＯ４等）在温度高于－１８℃时不易成为冰核。而高浓度的可溶性铵盐（如（ＮＨ４）２ＳＯ４,ＮＨＣｌ等）则能显著提高ＡｇＩ的成冰温度。（ＮＨ４）２ＳＯ４能使ＡｇＩ成冰晶数在－１０℃提高２个量级,－６℃提高约１个量级。该结果对人工催化技术有一定指导意义。     

几种粉末型吸湿性催化剂的试验研究

在云雾中播撒吸湿性催化剂是进行暖云催化降水或消暖雾的重要手段之一,而寻找高效、适宜的吸湿性催化剂仍然是当前人工影响天气领域的重要研究目标。本研究对6种具有吸湿性的粉末型稀土盐催化剂在云室中的消暖雾性能进行了对比试验。试验采用一个43m3的暖云室,在云室中分别进行无催化的空白试验和6种催化剂的消暖雾催化试验,并使用FM-100雾滴谱仪、透光度仪以及温湿度仪等仪器对云室中雾的整个发展过程进行全程观测。通过对比空白试验与催化试验的观测数据,分析了5种吸湿性催化剂在播撒后对暖雾的影响,对它们的消雾效果和催化剂作用机理进行了分析。研究结果表明:6种催化剂中有5种起到了消雾作用,其中氯化铈、硝酸镧、碳酸镧的消雾效果较好,氯化镧、碳酸铈次之,硝酸铈则没有达到消雾目的;催化剂的引入使雾的含水量、雾滴有效直径、雾滴谱等微物理特征发生明显变化,并最终对雾的发展进程造成很大影响,使雾的消散速度加快或延缓。     

首都机场人工消雾试验的效果检验

对１９９６年１２月１５日北京的大雾进行了天气学分析,并在首都机场进行了人工消雾试验,利用首都机场ＲＶＲ能见度自动观测系统所测的实时资料及配对ｔ检验法对人工消雾试验的效果进行了检验,结果表明人工消雾前后能见度变化差异显著。     

南支气流对高原低涡移出高原影响的数值试验

本文在对2000年以来移出青藏高原后活动时间长的高原低涡活动过程,进行对流层中层南支气流对高原低涡移出高原的影响的观测事实分析基础上,通过对2001年6月1~5日索县低涡移出高原活动的数值模拟和试验分析,得出了在高原低涡以南的南支气流减弱或者是没有南风或者是没有南风脉动的影响,会使低涡移出高原的速度减慢,移出高原12小时后减弱消失。低涡以南的南支气流起到了向低涡区输送水汽通量、正涡度平流的作用,提供利于低涡活动持续的条件。从而丰富了高原低涡东移的认识,为高原低涡洪涝暴雨的预报提供了科学依据。     

南支气流对高原低涡移出高原影响的数值试验

本文在对2000年以来移出青藏高原后活动时间长的高原低涡活动过程,进行对流层中层南支气流对高原低涡移出高原的影响的观测事实分析基础上,通过对2001年6月1～5日索县低涡移出高原活动的数值模拟和试验分析,得出了在高原低涡以南的南支气流减弱或者是没有南风或者是没有南风脉动的影响,会使低涡移出高原的速度减慢,移出高原12小时后减弱消失。低涡以南的南支气流起到了向低涡区输送水汽通量、正涡度平流的作用,提供利于低涡活动持续的条件。从而丰富了高原低涡东移的认识,为高原低涡洪涝暴雨的预报提供了科学依据。     

分层气流条件下地形降水的二维理想数值试验

利用WRF v3.5中尺度数值模式,在条件不稳定层结下,针对分层气流(基本气流风速和大气湿浮力频率呈二层均匀分布)过山时,地形对降水的影响进行了多组二维理想数值试验,以研究不同高度、尺度山脉和不同方向基本气流对降水形态和分布的影响。模拟结果表明,地形重力波触发对流是地形降水的主要机制之一,地形波的特征(波长、振幅)和传播均受到地形和基本气流的影响,其中,强基本气流流经高而陡峭的山脉时,更容易在其背风坡捕捉到重力波,地形降水呈现多种模态,反之亦然;当改变基本气流与山脉交角时,主要通过影响地形强迫抬升速度、基流对波动稳定性发展来进一步影响地形降水的强度和分布。     

碘化银核化过程的数值模拟研究

根据DeMott等给出的不同成核机制下AgI成核效率的实验结果 ,通过数值模拟的方法 ,研究了AgI粒子在云室、层状云和对流云中的核化过程。通过对云室的模拟 ,发现云滴浓度和云雾持续时间是造成不同云室检测的AgI成核率相差悬殊的主要原因。数值试验结果表明AgI的成核方式在层状云和对流云中有很大不同 :层状云中AgI主要以接触冻结、浸没冻结等慢核化过程为主 ,而对流云中则以凝结冻结过程为主。     

箭载催化剂冰核生成率的检定

云室是开展云物理和人工影响天气室内实验研究的重要设备。河北双75 m³膨胀云室是我国研制和建造的重要大中型综合云室。文章介绍了该云室的主体、主要配套系统结构和实验测试情况。通过实验测试,研究了大体积云室在成云过程中内部实验样气的温压湿变化特点,并测试了该云室优越的综合性能指标和温压湿等可控的关键环境技术参数。实验结果表明：该云室温度控制范围从室温到−50°C,最大降温速率大于0.5°C min⁻¹,气压控制范围从常压到1 Pa,具有多种湿度调节方式。可以实现动态膨胀生成冷云或暖云。合适的条件下,云雾维持时间可持续30 min以上,具备了开展基本云物理的实验条件。

     

黄山和沈阳大气冰核数浓度及核化机制对比分析

本研究利用Bigg型混合云室及静力真空水汽扩散云室FRIDGE,结合其他气象要素观测设备,对黄山及沈阳为地域代表的各自三层不同高度大气冰核数浓度进行梯度对比观测,得出黄山及沈阳为地域代表各自三层不同高度大气冰核数浓度随高度、时间、活化温度、活化湿度、粒径大小等的变化规律,并对不同时空条件、不同核化条件、不同粒子条件下大气冰核的凝结冻结核化和凝华核化机制进行对比分析。对黄山及沈阳大气冰核的浓度分别拟合参数化公式,对黄山及沈阳不同区域的人工增减雨作业提供研究基础。     

新型扩散云室搭建及其对黄山地区大气冰核的观测研究

本研究利用自行搭建的大气冰核高压静电采样器和静力真空水汽扩散云室,并结合其他大气冰核及气象要素观测仪器,于2011年5～9月及2012年9～10月在黄山三层不同高度上同时进行大气冰核及相关气象要素的连续观测。结果显示:黄山地区总冰核数浓度平均为18.74 L-1,凝结冻结核化冰核数浓度平均为0.79 L-1,凝华核化冰核数浓度平均为0.19 L-1。黄山地区冰核数浓度,随着高度的增加而减小;且存在春季较高、秋季居中、夏季较少的季节变化规律;下午达到一天中的最高值,夜晚达到一天中的最低值;总冰核数浓度较北方少。黄山山顶冰核数浓度随活化温度的升高而减小,随过饱和度的升高而增大,随风速的增强而增大,长期主要由西南风向山顶的输送,且其主要由大粒子来充当。     

一次过冷层状云催化云迹微物理特征的卫星遥感分析

利用卫星反演技术,通过卫星观测到的一次人工增雨催化作业后形成的云迹线个例,分析了云迹线与其周围云的光谱特征、亮温、亮温差、云顶粒子有效半径等云微物理特征,比较了它们之间的差异,揭示了这次过冷层状云催化的微物理效应。云迹实际上是持续时间超过80 min、宽和深分别约为14 km和1.5 km的云谷。云迹周围的云顶粒子有效半径为10—15μm,而云沟内的粒子在15—24μm变化。周围云体由过冷滴组成,中间可能夹杂了一些低浓度的冰粒子,云沟内云的主要成分是冰。和周围未被催化的云相比,0.6μm通道的光谱反射率,在云沟处有明显的增加,而3.7μm通道反射率在云沟内是降低的,尽管其绝对变化幅度不大,但其相对变化幅度较大。随着播云时间的增加,云沟深度、宽度逐渐增加,云沟内和周围云体的温差逐渐增加,对通道4和5而言,在最早催化部位,最大分别达到4.2℃和3.9℃,4和5通道之间云沟内的亮温差也是随冰晶化时间的增加而增加,最大为1.4℃,而云沟周围云为0.2—0.4℃。云沟的形成、云沟内云顶温度的增加和4,5通道之间亮温差的增加,都足以说明被播云体变薄,其原因是由于云顶降水使得云内的水流失,云顶下降。云顶冰晶化、冰粒子增长成降水造成云顶下沉,是云沟形成的主要原因。对于本次播云作业,晶化作用在播云22 min后逐渐显现。在播云后38—63 min,有新的水云在云沟的中间部位生成,可能是由于冻结潜热释放引起的上升运动所致。而新生水云在形成较早的云迹中没有出现,这些较早形成的云迹在80多分钟的整个观测期间持续扩散。最终,在周围云从外向云沟内的扩散过程中,云沟开始消散。     

对流云中冰相过程的三维数值模拟——Ⅱ:繁生过程作用

在可压缩三维冷云数值模式里对冰晶繁生过程进行了参数化,显式考虑了过冷滴冻结破裂和Hallett-Mossop两个繁生机制,并对冰晶浓度进行了订正。对暖底孤立积云的模拟实例表明繁生作用对对流系统宏观特征没有显著改变,地面总降水略有增加,最大雨强增大且时间提前。繁生过程的主要作用是改变了云的微物理结构特征,使云中冰化时间提早,冰化程度大大加强,引起云上部增暖并抬高云顶。在所考虑的两个繁生机制中,冻结破裂繁生机制是引起微物理结构发生变化的主要过程。还对各冰相微物理过程的相对作用进行了分析。     

几种消暖云（雾）催化剂性能的实验研究

本文选取了十一种吸湿性物质,对它们的吸湿特性进行了实验研究,对其中一些吸湿性能较好的催化剂开展了云室消雾试验,结果表明,这些物质的吸湿能力及其随相对湿度变化的分布有较大的区别,其饱和状态下的平衡增长率也有较大差异,水泥类物质中,矿渣水泥及普通４２５＾＃Ｋ水泥的吸湿特性与氯化钠类似,氯化钠、氯化铵及矿潭水泥的云室消雾效果较好,但其作用机理可能有所不同。     

上海一次连续大雾过程的成因分析

利用上海市遥测能见度数据、常规气象资料和T213、GFS分析资料以及GPS-PWV资料,分析了2008年1月5-11日发生在上海地区的一次连续大雾天气过程.分析表明当有天气尺度西风槽频繁活动、槽前暖湿气流不断向气层输入暖湿空气,如再遇特定暖水面或暖海面从近地面向气层输送暖湿气流时,在晴天和微风的早晨极易形成辐射雾;当东、黄海暖湿空气从近地面流向冷水面或冷陆面,如再遇江南低空偏南暖湿气流辐合聚积时,极易形成平流雾.雾区登陆距离与东风气流强弱有关,东风气流越强,雾区西进距离越长.在平流雾期间,0～300 m平均相对湿度的高湿区与雾区吻合.当绝对湿度小于3 g/kg时不会有大雾发生,绝对湿度在9～1 5 g/kg和GPS-PWV值在15 mm左右时,在合适的大气条件下容易形成大雾.