机载微波辐射计测云中液态含水量

文中介绍了 2 0 0 1～ 2 0 0 2年 4～ 7月吉林省人工增雨期间 ,在中国首次进行的机载对空微波辐射计外场飞行观测试验。观测结果表明 ,仪器可以灵敏地探测出层状云中垂直路径积分云液态水和过冷水含量及其变化 ,揭示了在层状云中嵌入的对流区中有丰富的垂直积分过冷水含量 ,量级可达 10 3 g/m2 。与地面雷达PPI回波强度呈正相关。本文还根据飞机上升 (或下降 )过程的探测数据 ,给出了水平均匀的层状云液态含水量的垂直廓线的实例 ,并进一步讨论了这种方法的应用前景。     

利用毫米波测云雷达反演层状云中过冷水

毫米波测云雷达已成为研究云内微物理参数的有效工具,利用其从混合相云中识别出过冷水,对人工影响天气及预防飞机积冰具有重要意义,对我国毫米波雷达的数据处理也具有借鉴作用。本文利用英国的35 GHz、94 GHz测云雷达,结合激光雷达和探空资料,采用阈值法,反演分析了层状云中的过冷水。结果表明:(1)毫米波雷达联合激光雷达可以识别层状云中的过冷水,其结果与微波辐射计测量的液态水路径或毫米波雷达的双峰谱相符合;(2)利用多普勒速度的双峰谱可以反演混合相云中的过冷水含量、冰晶含水量。混合相云的雷达反射率因子主要取决于冰晶,根据雷达反射率因子反演会低估云内液态水含量;(3)本次层状云降水的亮带以上含有较多过冷水,此处35 GHz的雷达回波强度随冰晶的增大而减弱,且冰晶的含水量主导了总液态水含量。     

层状冷云人工增雨可播性实时识别技术研究

该文综合分析了4次层状冷云人工增雨过程的雷达回波、粒子测量系统(PMS)探测资料，以及GPS定位资料，提出应以PMS的FSSP-100探头探测的云中粒子浓度以及2D-C探头探测的云中大粒子浓度作为判别云中可播性的主要技术参量，并发展了层状冷云飞机人工增雨实时监测指挥技术。FSSP-100探测的粒子浓度不小于20/cm3的云区才具有一定的可播性。其中2D-C探测的大粒子浓度小于20/L时，可确定为强可播区，否则为可播区。     

辽宁省人工增雨数据集管理系统的设计与实现

基于辽宁省气象资料,依托机载观测仪器及地面特设仪器观测数据,利用VB编程实现了辽宁省人工增雨业务数据集管理系统。系统包括：地面站资料、高空站资料、自动站资料、雷达探测资料、卫星探测资料和双通道微波辐射计数据、机载液态水探测数据、粒子激光探测数据、飞机和火箭增雨作业信息、降水天气分型共10个方面的内容,其目的是在人工影响天气业务工作中实现信息共享,为气象业务和科研工作服务。     

毫米波雷达反演层状云液态水路径研究

为了从毫米波雷达观测数据准确反演云中液态水路径,利用中国区域飞机探测资料得到的云粒子谱参数,基于2008年寿县ARM-AMF地基毫米波云雷达观测,针对层状云采用不同的云粒子谱参数假定,由物理迭代法和经验关系法反演云中液态水路径,并与地基微波辐射计的云水产品进行对比,开展了基于地基毫米波雷达的层状云液态水路径反演算法的对比分析。结果表明,反演结果与谱参数的选取以及云的特征密切相关,但物理迭代法总体上优于传统的经验关系法且前者对谱参数假定的依赖性相对较弱;基于中国区域的飞机探测资料得到的谱参数能够得到更优的反演结果;云中可能存在的大粒子是云雷达液态水路径反演高估的可能原因之一。最后,提出了基于云特征的谱参数选择方案,显著改进了云中液态水路径的反演结果。     

降水条件下的云雷达与微波辐射计反演液态水含量对比分析

为了发展云雷达与微波辐射计联合反演液态水含量的方法, 利用2019年4—9月中国气象科学研究院在广东龙门开展的综合观测试验中的双波段云雷达和微波辐射计数据, 首先检验了在降水条件下微波辐射计天顶观测和斜路径观测两种探测模式反演温度(T)、相对湿度(RH)、液态水含量(LWC)和液态水路径(LWP)的合理性, 然后分析了两种探测设备反演LWC和LWP的差别。得到以下结论: (1)微波辐射计在斜路径观测模式下反演的产品受降水影响较小, 其反演结果明显优于天顶观测模式; (2)两种探测设备反演的LWP相关性较好且随时间变化较为一致, 但云雷达反演LWP与平均回波强度有明显相关, 随着雷达回波强度的增大, 云雷达与微波辐射计反演的LWP之比越大; (3)两种探测设备反演的LWC相关性较差且存在明显偏差, 在不考虑融化层的情况下单波段云雷达反演LWC与微波辐射计随高度变化趋势相近, 双波段云雷达反演LWC与微波辐射计反演结果在1 km及其以上区间存在明显差异。      

一次降水过程云液态水和降水演变特征的综合观测分析

利用IP/WVP-3000地基微波辐射计、多普勒雷达结合卫星及地面雨量计等多种遥感观测资料,对2007年6月30日北京地区的一次积层混合云降水过程的云液态水和降水的分布及演变特征进行了综合观测分析。分析表明:降水开始前,辐射计液态水含量有明显增加,地面降水的产生滞后于液态水含量增加一段时间,利用这种现象,可用于提前预测云系正处于降水产生的发展阶段,应用于人工增雨作业。在相同时间对同一位置进行探测的雷达和辐射计资料显示,雷达回波垂直分布趋势与辐射计液态水的垂直分布趋势有着较好的对应关系。此外空中液态水分布,特别是低层液态水的分布,与地面降雨的产生有着直接的关系。     

微波辐射计在人工增雨中的观测实验

本文介绍在人工增雨作业中,应用微波辐射计连续遥测大气中气态总水汽含量及云中积分液态水含量变化的情况,对指标人工增雨作业,不断提高作业成功率,具有重要作用。     

华北秋季一次低槽冷锋积层混合云宏微物理特征与催化响应分析

利用2013年10月13日机载粒子测量系统（PMS）在张家口涞源地区对积层混合云中上部进行的增雨探测数据,分析了云的垂直微物理结构、云区的可播性和作业前后液态云粒子、冰晶及降水粒子的微物理变化。结果表明,此次降水性积层混合云的垂直结构由冷、暖两层云配置,云层发展厚实,冷云区云粒子浓度平均为62 cm-3,液态水含量最大0.05 g/m3;2DC和2DP探测的冰晶及降水粒子平均浓度分别为1.9和2.2 L-1;暖云内云粒子数浓度集中在300 cm-3左右,液态水含量约0.1 g/m3。探测区域云粒子数浓度的水平分布不均匀。利用云内过冷水含量和冰晶浓度等参数判断,该降水性积层混合云的播撒作业层具有强可播性。对比作业前后云中粒子浓度及平均直径发现,云粒子在作业前时段内的平均浓度为31 cm-3,远高于作业后平均浓度（17.6 cm-3）;但平均直径变化不大。作业后冰晶粒子通过贝吉龙过程消耗过冷水长大,浓度由之前的0.86 L-1增至4.27 L-1,平均直径也增至550 μm。冰晶粒子逐渐长大形成降水,降水粒子浓度也相应有所升高,谱明显变宽。      

辽宁层状云微物理结构的水平变化特征

根据1997年在辽宁利用机载粒子测量系统(PMS)获取的探测资料,探讨了层状云中云滴谱、粒子数浓度在水平方向上的分布变化,并分析了温度、粒子含水量在水平方向上的变化特征。研究表明:云滴数浓度和云滴半径在水平方向上存在着较强的起伏性变化;层状云中温度在水平方向上总体变化不大;云中的云滴谱结构在水平方向上的起伏较大,存在3种变化规律;云中含水量在水平方向上的变化大,且与粒子数浓度存在正相关。     

水分子结构模式及液态固态水若干特征成因探讨

水是包括海洋大气在内的地球生态系统中极重要又有很多特殊性的物质。其特性的成因尚远非清晰。本文提出一种水分子(H_2O)结构及其固态液态水体的结构模式,探讨和模拟计算了其若干特征的成因,结果能较好符合实测值。(1)从氢(H)氧(O)原子结构和电子绕各原子核及相互绕行规律的等概率随机轨道中实现符合库伦力和开普勒运动规律的优势轨道耦合成平均状态稳定的准刚性的水分子结构。其核心是O原子与等距离分立其两侧的2个H原子构成的等腰三角形,其间距平方之比(H-H)_2/(H-O)_2=2.5;电子云活动空间为1个由4个等边三角形为面构成具有6个等长稜的正四面锥体结构水分子模式(可简称"水分子正锥体模式");该模式具有很大电偶极矩。(2)水分子的端点间在约0.27 nm距离内可以按"+""-"电荷吸引原则耦合。6个水分子将按正、负电荷对接耦合,连接成六边环形"壁"的"笼式隧道空间",可容纳其他物质,无电荷显示,电导率极地。(3)在空气中0℃以下凝结冰晶时三维不对称,"薄片"的雪花形成概率更大,其形态也按自相似原则体现了水分子结构的六角六边六针形的特征。(4)液态水分子维持固态水冰的"冰/水笼"结构模式,但由于2个氢原子上的电子同时到达1个"-"电荷端的概率为1/11,当0℃以上部份水分子能摆脱框架水分子束缚后,可以再耦合一个从框架上"脱落"的"自由水分子"使其进入水笼,从而水容积缩小;固体冰和液态水的密度之比为11/12=0.916 667。自由水分子和水笼框架上的水分子可以随时互换(在10-5s时间尺度上),并适应固体壁的形态,既是不可压缩,又有柔软、可变形特点;水在0~100℃时的空/占比达2.28,模式可解译高温高压的水汽中检测到2.16 g·cm-3,水热传导系数很大,比热容量很大,有"异常"的U形特点,且液态水的比热容量略大于固态水冰的热容量的1/2等特征。(5)讨论了水对O_2、H_2S、NaCl、KCl等的溶解度随温度变化的若干特征的成因和计算模式。通过NaCl饱和溶液实验,证实了本文模式。(6)与液态水体表面特征有关的特点及本文实际应用将在随后续文中讨论。     

湖南省柘溪水库流域空中水汽资源特征及人工增雨潜力

根据湖南省境内怀化和长沙2个探空站的1994—2003年1—12月每日两个时次(北京时间08时和20时)的资料,对柘溪水库库区及流域大气中的垂直气柱水汽含量进行了计算与分析。结果表明,柘溪水库流域全年年平均水汽含量值为3.62g·cm-2。各种天气形势下水汽含量值各不相同,台风外围云系水汽含量值相对较大,为6.01g·cm-2。大气垂直气柱水汽含量交换次数平均为3.04次/月,更新率为9.92天。柘溪流域上空平均每年净输入的水汽含量为234.87×108m3。若对所有的可作业云系施加人工影响,全年平均可能增雨总量达29.843×108m3。     

云南省大气中水资源分布特征初探

利用1961—2004年云南124个气象站逐月降水 (P) 和气温 (t) 观测资料, 依据高桥浩一郎的陆面实际蒸散发经验公式 (以下简称高桥公式), 计算了云南地面蒸发 (E) 和可利用降水 (P-E) 等与水资源有关的主要物理量, 从大气可提供的水资源部分, 分析了云南水资源各分量的时空演变特征及其显著周期, 并对云南水资源进行了初步的区划。结果表明:云南大气中水资源各分量区域分布差异显著, 南多北少, 南部梯度大, 北部梯度小; 云南水资源各分量P, E及P-E季节变化明显, 夏季各量最大, 多年平均分别为548 mm, 236 mm, 313 mm, 各占全年的55%, 45%及67%, 冬季各量最小, 所占全年的比例也最小, 分别为5%, 7%, 2%;云南P, E及P-E存在明显的月际、年际及年代际变化特征, 各分量最大值出现在7月, 最小值出现在1月或12月, 通过功率谱周期分析发现, 年降水量和可利用降水量存在显著的2.6年周期, 年蒸发量存在显著的2.9年周期; 云南省初步可划分为水资源丰富区、缺少区及一般区3个区, 它们的区域平均P-E, E及P都存在明显差异。     

西北地区夏季降水与大气水汽含量状况区域性特征

运用NCEP/NCAR 1958～1997年格距为2.5°×2.5°的多个气象要素资料和1960～2000年西北地区95个测站的夏季降水资料,对西北地区夏季水汽含量特征及其水汽状况特征进行了分析.分析研究结果表明:(1)夏季西北地区西部整层大气水汽含量分布与降水的分布特征基本相似,而对于西北地区中东部,二者分布特征略有不同,无论干、湿年西北中东部大气水汽含量均存在相对高值区,表明西北地区整层大气水汽含量具有区域性可开发潜力.(2)西北全区夏季在20世纪60年代中期以前和80年代中期以后,大气中水汽含量较多,70年代前后较少.对于西北各个分区而言,北疆区夏季空中水汽含量最大,高原东北区最少.(3)西北地区夏季降水和西北地区西部哈萨克斯坦地区以及赤道东印度洋和赤道西太平洋交汇处的大气水汽含量相关最为显著.     

湖震现象理论分析

本文用浅水波理论对湖震现象进行了分析，结果表明，湖震可以用驻波的概念解释。     

1410号台风Matmo登陆前后的动热力结构演变和水汽输送特征分析

利用NCEP/NCAR（美国国家环境预报中心/国家大气研究中心）的全球预报系统（GFS）再分析资料、欧洲气象中心（ERA-interim）资料以及中国气象局观测站点的实况降水观测结合CMORPH卫星反演降水资料,对2014年第10号台风Matmo生成后西北行并登陆台湾及福建过程中的特征进行了分析,揭示出Matmo移动路径主要受西太平洋副热带高压（简称西太副高）外围引导气流影响。动、热力物理量场分析表明,Matmo在登陆福建前后,福建上空一直维持深厚的涡旋结构,福建东南部上空的上升区与台湾海峡及福建西部附近的下沉运动区形成明显的垂直环流圈。同时,南海上空有明显的西南急流（风速大于16 m s-1）,Matmo的水汽来源主要有两条,分别为孟加拉湾和南海以及西太副高南侧。充足的水汽输送及低层水汽辐合抬升有利于Matmo登陆后的强降水发生和维持。Matmo登陆福建后仍然保持低层辐合、高层辐散,有利于持续暴雨的发生。Matmo登陆福建期间始终处于风速垂直切变小值区（小于9 m s-1）中,环境风速的弱垂直切变有利于Matmo暖心结构及高空辐散形势的维持,是Matmo在登陆后依然能维持自身强度不衰减的原因之一。     

强对流(冰雹)云中水凝物的积累和云水的消耗

在冰雹云中过冷水的累积对冰雹增长起重要作用。文中回顾了水凝物累积和过冷水消耗机制中的不确定性 ,利用三维Euler强对流云模式和三维Lagrange粒子群运行增长模式 ,重新研究了对流云中水凝物粒子的累积机制和过冷水的消耗图像 ,得出以下结果 :(1)强对流 (冰雹 )云具有翻滚式对流流场 ,流场的性质决定云中存在着一个动力吸引区 ,它处于主上升气流区旁侧水平气流近于零的区域 ,粒子在增长运行中向这里集中 ,造成水凝物的累积 ;(2 )这种粒子的集中和水凝物的累积 ,是流场动力特征和粒子增长行为相互作用的表现 ;(3)粒子的集中和水凝物的累积是动态循环式的 ,而不是静态平衡式的 ,粒子可以进入吸引区 ,也可以吹离吸引区 ,在进入和吹离的循环中动态地形成了集中和累积 ,累积可以发生在主上升气流上方 ,也可以延伸到其下方 ;(4)粒子的集中和水凝物的累积是受流场和粒子运动的动力过程控制的 ,而累积粒子是液相雨滴 ,或是固相霰粒、雪团和冰雹是受降水发展过程属液相或固相占优势来决定的 ;(5 )云水场中云水量 ,只在大粒子的集中区才被显著消耗 ;而在区外的云水量消耗不显著 ;(6 )对于云水含量高达 6 g/kg的云水场 ,播撒粒子浓度达到 10 0个 /m3 时 ,在考虑消耗时 ,已不能增长成直径大于 1cm的冰雹。     

西北干旱区空中水资源的时空变化特征及其原因分析

利用1979—2008年NCEP/NCAR月平均再分析资料,从大气可降水量、水汽输送及收支等方面分析西北干旱区空中水资源的时空变化特征,并揭示其主要原因。研究表明,1979—2008年西北干旱区整层年水汽含量略呈增加趋势,而夏季水汽总收入呈现显著增加趋势。区域空中水资源的变化与中纬度西风水汽输送密切相关。尽管区域西风指数的年代际减弱反映了西北干旱区东、西边界西风水汽输送的减弱趋势;但受区域特殊地形的影响,区域东边界水汽收支的减弱趋势远强于西边界,使得大量的水汽滞留于西北干旱区,从而导致该区域夏季水汽总收入呈现增加趋势。     

干旱条件下夏玉米耗水分析

根据田间试验结果，分析干旱年份夏玉米不同发育阶段耗水状况，对比了不同日降水量对玉米田3米剖面的水分分布状况的影响，讨论了土壤失熵过程中的不同深度的水分的变化以及土壤水对玉米干物质积累的影响，为干旱年份玉米水分的科学管理提供依据。