地面湿度对雷暴云电过程影响

分析了南京地区2002～2011年(共10年)闪电和地面相对湿度的卫星观测资料,分析表明:闪电密度与相对湿度呈正相关。为了进一步研究相对湿度对雷暴云起电和放电的影响,采用二维雷暴云起、放电数值模式进行敏感性试验。结果表明:随着相对湿度的增大,云滴数目增多,上升风速增强;当相对湿度增加时,较大的上升气流和云水含量有助于产生更大尺寸的冰晶和霰粒子;较大的云滴、霰和冰晶通过非感应起电和感应起电机制促进电荷分离;当相对湿度从60%增加到90%时,总闪数增加,并且只有当相对湿度高达90%时,才能产生地闪。整体而言,相对湿度越大,对流活动更快更强,促进了雷暴云初始起电和放电。     

地面湿度对雷暴云电过程的影响

分析了南京地区2002～2011年(共10年)闪电和地面相对湿度的卫星观测资料,分析表明:闪电密度与相对湿度呈正相关。为了进一步研究相对湿度对雷暴云起电和放电的影响,采用二维雷暴云起、放电数值模式进行敏感性试验。结果表明:随着相对湿度的增大,云滴数目增多,上升风速增强;当相对湿度增加时,较大的上升气流和云水含量有助于产生更大尺寸的冰晶和霰粒子;较大的云滴、霰和冰晶通过非感应起电和感应起电机制促进电荷分离;当相对湿度从60%增加到90%时,总闪数增加,并且只有当相对湿度高达90%时,才能产生地闪。整体而言,相对湿度越大,对流活动更快更强,促进了雷暴云初始起电和放电。     

海洋浅对流云滴谱演变的观测分析

为了更好地分析云滴谱演变特征,结合垂直速度和液态水含量,采用总体平均统计和个体分析相结合的方法,对在加勒比海域开展的海洋浅对流云降雨观测试验(RICO)中3个架次(rf06、rf10和rf13)的滴谱资料进行了分析。结果表明:在云底以上500m左右的范围内,主要以云滴的凝结增长过程为主;在1km以上高度附近,雨滴粒子开始出现,成为云滴粒子向雨滴粒子转化的敏感区域;在对流云的上部,雨滴粒子随高度逐渐增多,直径较小的云滴粒子的数密度变化差异较大;云粒子谱型与环境动力场有明显的相关关系,处于蒸发过程时,直径小于40μm的云滴粒子会迅速减少,处于凝结过程时,直径在10μm附近和30μm附近的粒子会有双峰谱型出现,对应着云凝结核的活化和小云滴粒子的凝结增长。     

基于微物理属性的新疆层状云随高度变化规律

针对干旱半干旱的新疆地区,利用CloudSat卫星资料研究和分析了2009—2010年层云与层积云四季的云滴冰晶有效粒子半径、数浓度及含水量高、中、低数量级的垂直分布频率,为实际播撒作业提供参考依据.结果表明春、夏、秋、冬四个季节中层云与层积云冰晶有效粒子半径的中值段出现频率最高,特别是层云.层云冰晶有效粒子半径在垂直高度上呈明显分层现象,而层积云冰晶有效粒子半径分层现象不明显.层云中冰粒子数浓度中的低值段粒子出现频率大于层积云(冬季除外),且层云和层积云冰粒子数浓度高值出现的云层位置有明显不同.层云与层积云冰水含量低值最多,低值段粒子分布在整个云层,而高值段随季节不同在层云和层积云中的分布位置也不同.     

一次过冷水充沛的积层混合云宏微观探测研究

通过飞机微物理探测资料,结合卫星、雷达、探空、EC、雨量、天气形势等多种宏观数据,对2013年4月5日河南中南部一次过冷水充沛的积层混合云系降水过程进行综合分析.结果表明:本次飞机探测为天气系统中后期,云系发展深厚无夹层,飞行区域雷达回波水平及垂直分布不均匀,云中过冷水含量极为充沛,且伴随高度的上升而增大. 4950 m大云粒子以冰晶为主,存在少量冰针等其他形状的固态粒子,降水粒子多数呈枝杈状;3000～4000 m(-3～-6℃)在过冷水丰富条件下,有助于针状粒子形成与增长;2400 m高度上粒子基本以霰和雪等为主.粒子谱宽在冷区大于暖区;整个过程小云粒子浓度较高,谱宽多数集中在20μm以下,谱型呈单峰分布;大云粒子谱在暖区呈单峰分布,在冷区呈双峰分布;降水粒子谱型规律性不强,整个过程呈指数分布或单峰分布.     

地面热力条件对庭院式建筑内部空气环境的影响

太阳辐射、人员聚集和存在散热设备等通常对庭院式建筑内部敞开空间的热环境产生重要影响.在不同背景风速和地面热力条件下,对庭院内部流场和颗粒污染物浓度分布特征进行了数值模拟计算和讨论分析.结果表明,在背景风速较大时(＞3.0 m/s),地面热力条件对庭院内部气流和粒子浓度分布特征的影响可以忽略;但当背景风速较小时(0.5 m/s),地面热源产生的热压作用对庭院内气流和粒子浓度分布有较大影响.较高的地面散热强度将增加庭院换气率,但同时也存在着庭院下风向建筑内部污染物浓度增加的可能性.     

初始冰晶浓度对雷暴云微物理和起电过程的影响

为了研究雷暴云中高温区次生冰晶浓度对雷暴云微物理过程和电过程的影响,根据模拟个例的地理位置,更新了原有的三维强风暴动力-电耦合数值模式中的初始冰晶核化公式;并在模式中的-5℃温度层结上均匀播撒了3.0 km×3.0 km×0.5 km的低中高三组浓度的自然冰晶,从而影响了云中次生冰晶的产量。结果表明:1初始冰晶的播撒量与次生冰晶的产量呈正相关;2繁生冰晶的增加使得云中冰晶粒子分布区域向雷暴云上部发展,霰粒子分布区域向雷暴云下部发展,从而增加了雷暴云中冰晶和霰的混合区域;3高播撒的初始冰晶会改变闪电的出现时刻并使得闪电频次明显增多。模拟中算例2和算例3闪电分别增多了24.4%和46.9%。     

河南春季一次冷锋降水过程的云物理结构分析

利用Cheyenne ⅢA探测作业飞机机载PMS探测设备、GPS航迹资料、飞机探测宏观记录、天气预报等资料,对河南春季云粒子浓度、粒子直径、液态水含量及云滴谱进行了分析。结果发现,冷锋前后云中粒子的浓度、液态含水量以及粒子的粒子谱型存在较大的差异,从而揭示出锋面前后云中粒子的不同特征,云粒子谱分析表明：锋前云粒子谱主要为单峰型,锋面过境时,谱型逐渐转为双峰型或多峰型。混合云及更高层的云谱型比层积云更加复杂,粒子直径比积云大很多,谱宽较宽。     

层状云微物理结构演变特征的个例研究

在人工增雨作业的同时,利用机载粒子测量系统对一次降水云系的探测资料进行了深入分析,给出了云和降水的宏微观结构演变特性,研究表明：（１）层状云中的中小尺度降水云区,是造成地面降水分布不均匀的物理原因;（２）云滴浓度与平均直径之间呈负相关关系;（３）支滴谱的垂直分布是典型的３种类型;（４）层状云微结构在水平方向上的起伏较大,存在４种不同类型。     

一次霾过程的气溶胶特征分析

利用2008年5月26日河北省机载粒子探测系统PMS获得的飞行探测资料,分析了大气气溶胶包括粗细粒子的浓度、尺度谱分布及其时空变化特征,并对不同高度的谱分布进行了拟合.分析表明:霾天气下,气溶胶在近地面到1km高度层内有所积累,随后数浓度迅速减少.1-4km高度段中,气溶胶数浓度减少趋势变缓,4km以上气溶胶数浓度保持在30-40cm-3.低空气溶胶数浓度和平均直径水平变化不大;中高空由于云区的出现变化幅度相对较明显.霾天气下的同尺度气溶胶数密度谱值一般要高出晴天下一个量级以上.负幂函数对积聚态粒子有较好的拟合效果;修正后的伽马谱分布函数对粗粒子谱分布平均曲线的拟合较好.     

雷暴云中冰晶粒子对电磁波的极化作用

为了研究雷暴云中冰晶粒子在带电情况下对电磁波传播的影响,利用冰晶粒子的介电常数模型和瑞利近似条件下带电粒子对电磁波的散射模型,推导了电磁波经过雷暴云中冰晶粒子区域时产生极化的计算模型,并进行了仿真和分析。结果表明:在传播过程中,电磁波的极化会受到冰晶粒子所带电荷的影响;冰晶粒子所带电荷量越多,对电磁波极化影响越大;冰粒表面电荷分布角越小,对电磁波的极化影响也越严重;电磁波频率和冰晶浓度越高,对电磁波造成的极化作用也越大,影响电磁波的传输质量。因此,在电磁波经过雷暴云时必须考虑带电冰晶粒子对其传播的影响。     

激光前向散射云滴谱探测系统

该发明涉及一种激光前向散射云滴谱探测系统,利用空气中的微小水汽粒子对激光的米氏前向散射信号来测量水汽的谱分布和大气中的水汽含量。采用均匀强度红光半导体激光器作为照射源,通过激光束准直、聚焦,在空间中划出一定大小的采样区。通过采样区的粒子对激光产生散射信号,经过对前向散射信号的测量、景深内粒子判定,双通道弱信号探测等手段,能够实现对尺度为2~50μm的云粒子分布的测量。该发明具有体积小、结构紧凑、实时测量、测量精度高的特点,在实时指挥人工增雨作业、确定云粒子分布、云物理学研究等均能得到广泛应用。     

中国内陆高原雷暴云底部正电荷区的形成机制

为了进一步了解我国内陆高原雷暴的特殊性,本文基于以往高原雷暴存在范围深厚的底部正电荷区的观测及模拟事实,利用WRF模式对2017年6月20日一次内陆高原雷暴过程进行模拟,分析高原雷暴成熟阶段的底部正电荷结构特征并从微物理和动力角度对其形成机制进行讨论。模拟结果表明,内陆高原地区雷暴云成熟阶段主要呈倾斜的三级性电荷结构,其中底部正电荷区的范围和电荷密度均较大。底部正电荷区主要是由霰和冰雹等固态大粒子与冰晶、雪晶等固态小粒子非感应碰撞起电携带的正电荷以及霰粒子与云滴之间的感应碰撞起电携带正电荷组成,此外霰粒子与雹粒子降落过程中融化成携带正电荷的雨滴也对深厚的底部正电荷区存在一定的作用。     

云对红外制导系统中大气辐射透过特性的影响评估

为建立云对制导系统影响的红外特征模型,利用SBDART大气辐射传输模式计算了热带大气、中纬度大气（冬、夏）和副极地大气（冬、夏）5类典型大气状态下的3个大气窗口波段范围内的大气透过率.利用计算结果,结合云参数资料,针对云的光学厚度、云滴浓度、平均粒子半径、有效粒子半径等,对大气透过率的影响进行了详细分析,从而为开展真实大气传输特性对目标与背景红外辐射特性的影响研究奠定了基础.     

云雾场多尺度水滴和冰晶粒子的脉冲激光后向散射特性

为研究云层中冰晶和水滴粒子的尺度、散射等光学特性对飞行结冰的影响，该文基于联合散射理论，建立多尺度水滴和冰晶粒子的激光后向散射模型，分析了水滴与冰晶粒子的光学特性对后向散射的影响。结合工程应用模拟云雾场实验环境，测试不同粒子浓度下的1.064μm和0.532μm激光后向散射。结果表明，随着云粒子浓度增加，云层后向散射发光强度增大，实测数据与理论数据最大误差不高于7%。0.532μm波长激光的后向散射功率明显高于1.064μm波长激光，云雾场后向散射与粒子浓度几乎呈线性增长，并且冰云的后向散射系数普遍高于水云，差异可达到2～30倍。     

过冷层状云AgI播云效应区的NOAA卫星反演分析与数值模拟

2000年3月14日14时15分至15时49分,在陕西省境内实施了1次AgI飞机人工增雨作业,15时35分NOAA-14卫星接收到播云后的云图资料显示:在云顶形成了1条长301 km、平均宽9 km、最大宽度14 km的云迹线．卫星资料分析表明播云云迹为冰晶化的云沟,云沟内暖外冷,有增温效应,是播云所致．通过催化剂输送扩散的数值模拟证实了每段云沟都与每段催化剂的输送扩散一一对应,是播云效应在云顶的直观反映,云沟区为播云效应区．虽然卫星能够提供小时尺度、百公里范围播云效应的状况,但只能给出云顶这一个剖面的状况,文中利用数值模拟再现了播云效应区的时空分布及演变,分析播云效应区特征．数值模拟显示:120 min内,播云效应区的面积、体积、宽度、厚度随时间为先增后减的单峰型,90 min达到极大,极大值分别为3639 km2,3413．4 km2,9．19 km,0．94 km,120 min内的平均值分别为2303 km2,1973．0 km3, 6．87 km,0．78 km;考虑到NOAA资料的局限性和云及其微物理过程的复杂性,真正的播云效应区的面体也许更大、宽度更宽、厚度更厚、存在时间更长．     

5m尺度上夹卷率的变化特征及其与云微物理量之间的关系(英文)

云在全球辐射平衡和气候变化中起重要作用.气候模式中的积云参数化方案影响降水和气候等的数值模拟研究.夹卷率是积云参数化中一个重要的物理量,但夹卷率的估算存在很大的不确定性,关于夹卷率概率密度分布函数的观测研究鲜有报道.本文利用积云飞机观测资料,发现从云的边界到云的中心,夹卷率递减.夹卷率的概率密度分布函数可以用对数正态分布、伽玛分布或者威布尔分布拟合,其中威布尔分布的效果最好.夹卷率与云滴数浓度、半径和含水量负相关,与离散度正相关.夹卷率对云滴谱的影响显著,总体而言,这与云滴谱的系统理论是一致的.     

旅客列车硬座车厢内气流模拟与浓度场分析

采用稳态不可压缩雷诺时均N-S方程、k-ε湍流模型,对旅客列车空调硬座车厢内气流场和浓度场进行了数值计算。采用立方体代表旅客,以人体呼出的CO2作为代表性污染物,研究了非空载下车厢内气流和浓度分布。计算结果表明：现有的送风方式除车厢两端外,车厢内沿长度方向气流分布比较均匀;人体散热和太阳辐射对车厢内流场温度场影响较大,非空载时车厢内流场分布与空载时有较大差别,太阳照射和人体产生的热气流使车厢内存在较大的温度梯度;车厢内过道区浓度较低,但座位区由于人员集中,人体呼吸区污染物积聚,浓度偏高,且车厢中部断面污染     

一种新型液态CO2播撒设备研制与播撒试验

目的研制一套适于陕西播云作业的液态二氧化碳(简称LC)播撒设备,开发LC催化技术方法,试验得出最佳播撒速率,提高作业效果。方法根据播云作业需要,提出技术指标,开发研制LC播撒设备和催化技术,并进行地面、空中试验(静态、动态试验)。结果①LC的纯度是决定喷撒质量的关键;②当环境温度较高时,LC小粒子浓度较高,谱型较窄,当环境温度较低时,粒子谱明显拓宽,峰值浓度降低;③地面使用0.6 mm喷头,喷撒速率为10～12 g/s,喷头距离激光束为10cm时,PMS粒子测量系统检测到LC粒子谱宽在0.5～175μm之间,小粒子平均总数密度为146个/cm3。冰雪晶平均总密度为71个/L。结论陕西春、秋季适宜催化的降水云系云体温度较高,LC宜作为播云首选冷云催化剂。多次播云催化试验表明,当播撒率为10～12 g/s时,作业数分钟后机载PMS粒子测量系统和地面雷达检测到云物理响应参数,与云的本底值对比分析证明:播撒LC有利于云水向雨水的转化,催化效果较好。     

中庭建筑内颗粒物浓度空间分布的模拟

在与相关实验研究结果进行比对的基础上，利用数值模拟的方法描述了中庭空间的流场分布和中庭内环境空气中的粒子浓度分布。结果表明，气溶胶粒子浓度的空间分布将受到中庭内部顺时针局部气流涡旋的影响；粒径和背景风速亦影响粒子浓度的分布，并低于背景浓度值．因此，中庭建筑结构可以有效地降低开放式空间内的粒子浓度．