车载X波段雷达对人工消云减雨作业效果初步分析

人工消云减雨是人工影响天气技术的延伸和发展。主要手段是在影响本地保护区的降水云系的上风方,对其进行大规模、连续的催化作业以改变其降水分布,使保护区无雨或小雨。在介绍车载X波段双通道双线偏振全相参多普勒天气雷达的系统组成、主要参数、观测原理的基础上,简要概述了人工消云减雨原理,阐述了2008年8月8日天气过程和奥运会开幕式人工消云减雨作业,并利用车载X波段雷达产品对开幕式人工消云减雨作业进行了实例分析和效果检验。     

广州亚运开幕日人工消(减)雨作业的物理响应分析

2010年11月12日广州亚运会开幕日当天对广州西部降水云系实施了飞机人工消(减)雨作业。对实施人工消(减)雨作业前后FY-2C/D静止卫星资料反演的云顶高度、云顶温度、云粒子有效半径、液水路径等4个云参量的时间序列变化特征进行分析,初步明确了此次飞机人工消(减)雨作业的物理响应,结果显示:作业后,云顶高度高的云系面积减小,整个目标云系迅速收缩;针对冷暖云层分别采用冷暖云催化剂进行催化,作业后冷云层很快消散;作业目标云系的云粒子有效半径在母云系的云粒子有效半径增加时出现不断减小的情况,这与催化后降水提前产生,大粒子从云体落至地面,使得目标云中大粒子越来越少有关;云中垂直液水含量在作业后迅速减小。     

十一运会开幕式消（减）雨作业数值模拟研究

利用中科院大气所开发并发展的三维对流云模式对十一届全运会开幕式当天影响山东的对流过程进行了数值模拟和过量催化试验。结果表明模拟自然云与观测事实吻合较好;设计96组催化方案对该个例进行消(减)雨模拟试验、催化试验表明,在模拟云3.5km高度的最大过冷水含量中心引入3600.0g碘化银催化剂,连续催化消(减)雨效果较好(地面降水总量减少97.5%),此次模拟对比分析了模拟自然云与催化云,从微观上探讨了消(减)雨的基本原理,模拟所用催化剂量、催化部位与当天山东人影办的作业实际基本一致,对指导实际作业有一定的参考价值。     

山东省首次人工消雨作业获得成功

山东省首次人工消雨作业获得成功１９９４年４月２０日是潍坊第十一届国际风筝节开幕的日子，在此期间，省人工降雨办公室在山东首次成功地进行了人工消雨试验，保证了风筝会开幕式的顺利进行，被人们誉为：“耕云消雨保盛会，运筹帷幄定风云”。第十一届潍坊国际风筝节开...     

一次人工消雨作业试验与效果分析

通过一次飞机人工消雨作业试验中的两次截流作业飞行分析表明，截流效应以及过量播撒凝结核可争食云中水汽，对改变局地降水有明显效果，以达到人工消雨或人工减雨的目的可在经济建设中发挥积极作用。     

北京2008年奥运会开幕式人工消减雨作业

自2002年6月起北京市人工影响天气办公室依托北京市科委重点课题"奥运期间人工防雹、消雨作业试验研究"进行了人工消(减)雨的研究,在此研究基础上提出了北京2008年奥运会开闭幕式人工消减雨作业技术方案和实施流程,针对北京8、9月份天气的特点和云系影响北京的来向,设计奥运会开闭幕式消减雨18个作业区,并分析了前期试验结果.重点分析了8月8日天气特点,及相应的飞机、地面火箭作业情况,并对作业效果进行分析.地面火箭大规模消云减雨作业后,雷达回波强度明显减弱,雷达回波趋于消散,尤其是在21:48-22:00作业阶段,雷达回波出现一个明显的缺口.对雷达回波按强度分档,从各档强度的雷达回波面积变化可以看出,回波变化的明显的特征是强回波面积逐渐减少,而弱回波面积则在逐渐增加.卫星资料反演的云顶高度和云粒子有效半径也能比较清楚地显示出大规模作业后的效果.     

一次冷锋降水过程消(减)雨催化试验

利用常规探空资料,结合雷达、卫星及自动站资料对2009年9月19-20日十一运会人工消(减)雨地面作业演练进行了分析。这次过程是一次比较稳定的小到中雨天气过程,为人工消(减)雨作业试验提供了有利的条件,通过9月19日晚系统前期和20日上午消(减)雨作业过量催化试验,对比分析作业前后的资料特别是直观的雷达探测资料,进行人工影响天气效果的物理检验,取得了比较明显的作业效果,为以后的消(减)雨作业催化试验提供了有益的尝试。     

奥运保障消云减雨试验中的卫星资料应用

北京市人工影响天气办公室根据天气情况,进行了奥运消云减雨试验。2005年9月和2006年8月,使用FY-2C卫星资料对北京区域的云层进行分析研究。本文主要是描述了在多次消云减雨试验中,卫星反演数据的变化。     

北京奥运会和残奥会开闭幕日期间飞机观测分析

利用DMT(Droplet Measurement Technologies)机载粒子探测系统在北京奥运会和残奥会开闭幕日期间进行飞机观测,了解了北京奥运会和残奥会开闭幕日期间云的宏微观结构特征,为北京市人工影响天气办公室及时制定北京奥运会和残奥会消云减雨方案并组织实施消云减雨作业提供了科学参考。     

机载粉剂催化剂播撒设备的研制及其在奥运和残奥消云中的应用

人为引发的下沉气流可以抑制对流云的发展,这一现象已在试验中得到验证。用“人工下沉气流法”实施人工消云试验时,需在云顶大剂量的播撒粉剂催化剂。北京市人工影响天气办公室研制了能完成此类大剂量播撤任务的设备,并通过外场飞行试验对设备进行检验和改进。这是国内人工影响天气领域首个采用空投播撒法的粉剂催化剂播撤设备;可减少催化剂对飞机和播撤设备的污染。分析发现,新设备能够满足人工消云作业中播撒大剂量粉剂催化剂的需要。该设备在北京奥运会、残奥会开闭幕式当日的消云试验作业中投入使用,共实施消云飞行作业9架次,累计利用新设备播撒吸湿性粉剂催化剂34吨。     

吸湿性播撒对暖性对流云减雨影响的数值模拟

利用以色列特拉维夫大学二维面对称分档云模式（two-dimensional slab-symmetric detailed spectral bin microphysical model of Tel Aviv University）,对2016年9月4日16:00（北京时）前后我国华东地区的一次暖性浅对流云降水过程进行模拟,模式模拟的强回波中心高度和最大回波强度范围与观测基本一致。并在此基础上进行了小于1 μm的吸湿性核的播撒减雨试验,分别考虑了不同播撒时间、不同播撒高度以及不同播撒剂量的敏感性测试。结果表明:在云的发展阶段早期播撒能起到更好的减雨效果,播撒时间越早对大粒子生长过程的抑制作用越强,随着播撒时间向后推移,受抑制作用最显著的粒径段向小粒径端偏移;在云中心过饱和度大的区域下方进行播撒,减雨效果更加明显,当播撒剂量为350 cm-3时,地面累积降水量减少率可达23.3%;另外,随着播撒剂量的增加,减雨效果更加显著,甚至能达到消雨的效果。因此,在暖性浅对流云中合理地播撒小于1 μm的吸湿性核能达到较好的减雨或消雨效果。     

两次江淮气旋的云雨特征及其人工播云效果的综合分析

用天气学、云物理学、统计计算和数值模拟等方法，对1997年5月份影响我省的两次江淮气旋降水系统进行了综合分析研究，发现(1)中低空水汽输送条件较好，都形成了大范围较稳定的降水性层状云系，出现了连续性降水。两次过程的深厚程度、动力条件有差别，云雨的宏微观特征也有所不同；(2)云中过冷层较厚，过冷水含量较高，大滴浓度较高，众数直径较大，有利于人工催化；(3)云层降水粒子的形成，在冷层以凝华和淞附增长为主，核化和繁生相对较小，进入暖层后，主要是云滴与雨滴以及雨滴间碰并为主；(4)用干冰进行了6架次人工增雨催化作业，经综合检验，约增雨10%～40%；(5)使用层状云数值模式进行人工催化模拟，当加入50个/L人工冰核，可使地面降水增加30%左右。如果过量播撒(加入500个/L)人工冰核，降水反而减少。     

湖南秋季积层混合云系飞机人工增雨作业方法

统计分析2007—2016年秋季湖南省长沙市地面气象观测资料、湖南省飞机人工增雨作业资料, 得到湖南省秋季积层混合云系的降水分布情况、一般结构特征和相应的飞机增雨作业方法。使用多普勒天气雷达、GRAPES_CAMS数值模式和中小尺度气象站网等资料对典型作业天气过程进行云降水物理和数值模拟分析, 采用成对对流云和基于TREC算法的回波跟踪等方法进行作业效果评估。归纳得到湖南省秋季积层混合云系人工增雨作业条件判别的12个宏微观指标, 探讨在使用运7飞机、碘化银烟条作业装备条件下, 开展飞机增雨作业的最佳催化时机、部位和剂量。针对积层混合云系中的降水性层状云系、积云对流泡, 飞机增雨适宜作业的区域、播撒高度和催化剂量:在过冷高层云的-15~-5℃层, 播撒达到30 L-1的人工冰晶浓度; 在过冷积云的-15~-7℃层, 静力催化使冰晶浓度达到30 L-1或动力催化达到100 L-1。这些方法在实践中取得了较好的人工增雨作业效果。     

一次飞机冷云增雨作业效果检验

最近60多年,全球范围内广泛开展了人工增雨作业,但人工增雨效果检验一直是个难题。传统上,利用雨量计和目标/对比区统计数据评估人工增雨效果,结果大多不确定。对一次人工增雨作业而言,从科学上给出令人信服的效果检验更是没有好的解决方案。2017年3月19日,陕西省实施业务飞机冷云增雨作业播撒含有750 g碘化银（AgI）的催化剂,播撒线长125 km。作业后卫星、雷达观测到一条与播云线对应的清晰的云迹线,地面雨滴谱仪观测到相应的雨强、雨滴数浓度、雨滴直径增大,表明播云使云体产生了增雨响应。针对这次增雨过程,从连片雷达回波中分离增雨作用造成的回波增强带（增雨影响回波）和确定了自然降水回波强度,建立增雨影响回波强度（Z）与地面雨强（I）的拟合关系（Z-I关系）,定量研究人工增雨的时、空演变。结果表明:（1）增雨影响时间约4 h,增雨影响回波区域（增雨影响区）面积为5448 km2。该区累计降雨总量和增雨总量分别为1.518×106 m3和8.04×105 m3,增雨影响区内增雨率达53%。（2）总降雨量、增雨量、自然降雨量随时间先增后减,总降雨量与增雨量的峰值同步,两者峰值都早于自然降雨峰值;催化后146 min （04时47分,世界时,下同）,每6 min增雨量达到最大,为4.9×104 m3;催化后174 min （05时15分）,增雨雷达回波面积达到最大（1711 km2）,面积峰值滞后增雨量峰值出现。（3）增雨影响区位于播撒线下游,呈条带状;区域内总降雨量空间分布为中间大边缘小,与增雨量空间分布一致。（4）此次增雨作业改变了降雨时、空分布,促进降雨形成,增加了地面降雨量。      

一次浙江对流云催化数值模拟试验

为了研究吸湿性催化剂、碘化银催化剂及两者的联合催化效果,利用双参数三维对流云催化模式,对浙江南部一次对流云降雨过程分别进行盐粉暖云催化、碘化银冷云催化和冷暖混合催化试验,对比研究不同催化方案对对流云降雨的可能影响。结果表明:盐粉催化导致先增雨后减雨,主要通过盐溶滴与云滴碰并增长,及雨滴碰并和霰粒子碰冻过程消耗。在上升气流区和降雨前期进行催化的增雨效果更好,30 μm粒径的盐粉催化剂量为12.5/L时,可增加降雨量17.8%。在降雨过程的不同发展阶段进行AgI催化,表现出先减雨后增雨的催化效果。盐粉和碘化银的联合催化,由于两者催化效果的不同步,使得不同吸湿性催化剂和碘化银催化剂量配置会导致不同的催化效果。当30 μm的盐粉,催化剂量12.5/L,联合碘化银100/L的冷区催化,可取得19%的增雨效果。     

祁连山云系云微物理结构和人工增雨催化个例模拟研究

改进了胡志晋、刘奇俊的云物理方案,并实现了与GRAPES模式的耦合;利用包括了新云物理方案的GRAPES模式对祁连山地区一次山区云降水过程进行了数值模拟,研究了祁连山地区云系的微物理结构,并开展了人工催化的数值试验研究。结果表明：（1）耦合的双参数方案能够较好的模拟此次降水范围、强度及云场分布的特点和规律;（2）新方案给出了祁连山云系的合理微观结构和它的特征;（3）播撒冰晶可以增加降雨,在云初始阶段播撒增雨范围较广,在云发展阶段播撒增雨范围较集中;（4）播撒冰晶后,云的动力结构发生了改变。     

冰相雨胚转化水汽密度差的实验研究

我国的降水云系多属混合云。成雨机制中固相雨胚的形成对自然降水和人工增雨都具有十分重要的意义。该文通过飞机外场催化试验指出固相雨胚的形成过程不仅转化过冷云水，还可转化冰水面饱和水汽密度差Δρ（g/m3）。为在低过冷云水含量（SLWC）（g/m3）的云中实施人工增雨提供了重要的实验依据。并将使降水形成理论日臻完善。     

人工增雨试验中的反效果问题

该文对人工增雨试验中出现的反效果（减雨）现象及其发生的条件和原因作了概要的评述和分析。根据实例分析,指出人工增雨作业中不适当的催化对象、不适当的催化剂和催化剂量以及不适当的催化部位和催化时机都有可能导致无效或减雨的反效果。在开展人工增雨作业时,应力求在作业有关的各环节提高科学性、减少盲目性,以提高人工增雨实效。文章还简要探讨了人工削弱局地暴雨的可能性,指出这是一个值得认真探索的具有重大潜在社会和经济效益的研究领域。     

暖底对流云催化的微物理和动力效应的数值模拟

为加深理解暖云底对流云降水形成的微物理机制,调查对这类对流云实施碘化银催化所能产生的微物理和动力效应,本文使用三维对流云模式(包含6种水成物:云滴、雨滴、冰晶、雪花、霰和冰雹),对2004年7月8日发生在我国江淮地区的一例对流云进行模拟,并开展碘化银催化试验。结果表明:(1)模式能够较好地模拟出实测风暴的回波结构。(2)云雨自动转化和霰粒子融化是两个最重要的成雨机制,产生的雨滴占雨滴总数量(质量)的67%(19%)和18%(57%)。(3)对流发展初期在主上升气流区进行的催化试验表明,对本例对流云播撒碘化银能够同时获得增雨和减雹的正效果。(4)催化增加的霰粒子通过竞争机制抑制了前期冰雹的形成,但增强了向雨滴的转化(通过融化机制);催化也促进了二次对流的发展,增加了入云的水汽通量和云水含量,加强了后期的云雨自动转化及碰并增长,导致后期的雨和冰雹增加,并使地面降水分布发生变化。这些结果表明,对暖底对流云进行碘化银催化能够产生微物理和动力效应。     

液态CO2人工引晶后云微物理和降水变化的观测分析

根据飞机探测仪器观测到的云中粒子微观结构，结合卫星、雷达和常规天气资料，分析了人工增雨作业前后云的宏、微观物理结构和降水变化。结果表明，作业后影响区云中的冰晶浓度、雨滴直径比对比区有明显增加，云中过冷水减少；对比区降水回波强度和强回波区面积变化不大，而影响区最大回波强度增大,强回波区的面积扩大，降水增加。这与影响区云中降水粒子增多、直径增大是一致的，这些结果说明了液态CO2催化层状云的物理响应。