一次高炮消雹作业过程的效果分析

分析 1 998年 4月 2 3日潍坊地区一次高炮消雹作业过程雷达回波跟踪观测资料表明 ,高炮消雹作业的效果是显著的。作业前后 ,回波在强度、高度和强回波高度上都有明显变化 ,有效地扼制了雹云的发展 ,化雹为雨 ,起到了防灾减灾的作用。     

一次冰雹云过程及其冰雹形成机制的模拟研究

利用常规气象资料和多普勒天气雷达资料,从天气形势和雷达回波演变特征等方面对2011年6月24日发生在洛阳嵩县的一次冰雹过程进行了分析,并利用三维弹性冰雹云催化模式对该冰雹云进行了模拟研究,分析其冰雹形成的物理机制。结果表明:本次过程在天气形势上属于下滑冷槽型。多普勒天气雷达资料上表现为单个单体的强对流风暴,最大反射率≥65 dBz,回波顶高达到14 km,降雹前垂直积分液态含水量具有明显的跃增;径向速度场上出现了大范围明显的逆风区。三维冰雹云模式对该冰雹云具有较好的模拟能力,模式模拟的最强回波与实况一致,雹云中含水量中心与强上升气流有很好的配置,在云的发展阶段,主含水量中心是强上升气流的指示。冰雹的雹胚主要来自冻滴和霰,在冰雹形成期间,冻结形成的冻滴和转化产生的霰数量上相差不大,但是冻滴向雹的转化比例却是霰的6倍,即在地面强降雹之前,雹云中的雹胚主要来源于冻滴;而冰雹的增长在前期主要靠收集过冷雨水,后期主要靠收集过冷云水;适量的冰晶、雪和丰富的过冷水的存在对雹的形成和增长极为有利。     

一次高炮消雹作用过程的效果分析

分析１９９８年４月２３日潍坊地区一次高炮消雹作业过程雷达回波跟踪观测资料表明,高炮消雹作业的效果是显著的,作业前后,回波在强度、高度和强回波高度上都有明显变化,有效地扼制了雹云的发展,化雹为雨,起到了防灾减灾的作用。     

基于雷达资料的增雨过程分析

应用天津WSR-81S雷达体积扫描资料和地面降水实况资料对2000年8月2日天津市武清区进行的一次雹云高炮人工增雨作业进行了分析。作业后从地面降水实况资料上看,在作业炮点的上游出现了大降水中心,表明人工增雨作业可以改变自然降水的原始分布,增加局部地区的降水。利用降水时段的雷达体积扫描资料分析表明:循环往复的爆炸作业使雷达回波的强度减弱、高度降低、移动速度减慢。由于迎着雹云的移动方向作业,造成上游地区降水较大,大于45 dBz的强回波滞留在作业炮点的上游。     

冰雹云垂直累积含水量密度与降雹大小的关系研究

垂直累积含水量（Vertically Integrated Water Content,简称：VIWC）包括单位底面积的垂直柱体内固态和液态水质量的总和,是以3D—Barnes方案插值的新一代天气雷达反射率因子等高平面资料,假定固态和液态水滴反射得到的反射率因子都满足由液态水滴引起的经验导出关系,将垂直积分改为离散求和的方式进行计算的。利用VIWC与云体高度之比计算垂直累积含水量密度（Vertically Integrated Water Content Density,简称：VIWCD）,用MAX函数逐个提取冰雹云在降雹时段内的最大VIWCD（简称;VIWCDmax）,采用统计和回归处理技术,对2004—2006年兰州新一代天气雷达监测到的54例冰雹云在降雹时段内VIWCDmax与地面最大降雹直径之间的关系进行了分析。结果表明：最大冰雹直径相同的冰雹云内部雹胚竞食成雹粒的数密度在降雹时段内基本相当,雹粒尺度是影响雷达反射率因子的重要因素,它决定了冰雹云的雷达回波强度和地面降雹的大小;冰雹云VIWCDmax与地面最大降雹直径之间存在函数式（6）的关系;冰雹云倾斜结构和雷达扫描模式是影响（6）式效果的2个重要因素。     

一次强单体雹暴结构和成雹机制的数值模拟研究

利用NCEP再分析资料、L-波段雷达探空资料,分析了2010年6月15日发生在大连地区的强雹暴过程的环流形势和垂直气流结构;并利用中国科学院大气物理研究所的完全弹性三维雹云数值模式,模拟了该过程的雷达回波结构特征、含水量场等宏微观物理量的分布及其演变,着重分析了冰雹云的成雹机制。结果表明,模式较成功地模拟出了雹云回波的强度和发展高度,并模拟出了回波墙、弱回波区及悬垂回波等一系列强冰雹云的回波结构特征。该雹云的冰雹主要由冻滴转化形成,冰雹的增大主要依赖于与云滴、雨滴的撞冻过程,即冰雹主要是通过撞冻过冷水长大;冰雹与霰粒和雪花的碰并过程比较强,而与冰晶的碰并增长量很小。     

一次冰雹天气的雷达物理量分析

本文利用常规观测资料和多普勒天气雷达资料,对2018年7月9日黑河五大连池发生的冰雹进行分析,通过对多普勒得出的五个物理量的分析,找出与冰雹对应较为敏感的物理量。结果表明:在本次降雹前期发展阶段,冰雹云雷达回波有明显的强中心倾斜,降雹后有V型缺口;垂直累积液态水与回波顶高的发展较为一致,降水通量和回波体积的发展较为一致;垂直累积液态水、回波顶高、回波体积和降水通量在冰雹发生前后有明显的变化,最大反射率也有减小的趋势,但变化范围较小。     

凉山地区防雹作业雷达回波判据指标分析

本文利用四川凉山地区三类雹云降雹过程的雷达回波资料,对各类冰雹个例的回波强度、回波顶高、强回波中心高度以及垂直积分液态含水量等主要特征参数及随时间变化进行了分析。结果表明,雹云回波强度、回波云顶高和垂直积分液态含水量等参数的跃增、骤降是人工防雹作业预警的重要参考指标,回波强度和垂直积分液态含水量出现减小趋势维持时间一般为2个体扫后(约12分钟),地面将发生降雹,这一分析结果为本地区人工防雹可能的最佳作业时机和雷达回波判据指标的选择有了初步认识。     

多物理参量检验防雹效果的研究

除使用地面冰雹资料（即冰雹动能、质量、降雹强度等）外，还选用了反映雹云变化的雷达回波参量等１０个物理参量，作为作业效果的检验量，检验防雹效果。结果表明：高炮作业后雷达回波顶高、强度及３０ｄｂｚ强回波顶高显著地比作业前小；作业区比未作业区冰雹动能、冰雹质量、冰雹动能通量、质量通量、最大冰雹直径、数密度以及降雹持续时间也有明显减小。     

一个“超级单体”雹云的成因及结构

本文对1975年6月6日下午在安徽宿县地区所发生的一个孤立超级单体雹云的成因及结构作了分析。指出它是在不稳定气团内的地面辐合线附近形成的。这个超级单体雹云在雷达距离一高度显示器(RHI)上表现出“有界弱回波区”、“前悬回波”以及回波“墙”等特征。探空分析表明,雹云内暖层高约4.4公里,负温区厚约8.5公里,回波顶高12.9公里,由经验公式计算出的最大上升速度约为23.8米/秒,及地雹块可能最大直径约为2.4厘米。探空分析还表明,该雹云发生在中等强度的风速垂直切变的环境中井且属于中能风暴范围。     

低过冷雨水含量天气过程冰雹形成机制及催化机理模拟1

利用三维全弹性冰雹云模式,对2008年5月24日山东境内一次受高空冷涡影响的大范围冰雹天气过程进行模拟,分析了冰雹的形成机制和催化防雹机理。结果表明:该过程过冷雨水中心位于最大上升气流中心下方,不存在过冷雨累积区,过冷雨水含量最大值仅为4.9gm^-3,但雹云中过冷雨水含量仍然丰富,对雹胚的形成及增长起着重要作用。雹胚以冻滴为主,冻滴胚来源于冰雪晶与过冷雨水碰撞冻结以及雨滴核化过程。冻滴形成后主要以碰并过冷雨水、云水增长。冻滴胚自动转化过程是冰雹数量、质量的主要来源;冰雹形成后,前期主要靠碰并冻滴、霰和过冷雨水增长,后期主要靠碰并过冷云水增长。催化试验表明,播撒57.5g催化剂足以通过"竞争"减雹50%以上,增加AgI剂量,防雹的同时能够兼顾增雨。催化剂用量为230g时,催化后液态降水有所增加,固态降水量及占总降水量的比例减少显著,特别是冰雹。AgI主要以凝华核的作用产生人工冰晶,冰晶凝华增长导致过冷云水、雨水含量降低。催化后雹胚特别是冻滴胚数量增多,对过冷云水、雨水的竞争增强;其平均尺度、质量的减小,降低了向冰雹的转化率。冰雹碰并过冷云水、雨水增长过程被减弱,导致冰雹总质量进一步减少,达到消雹目的。     

一次高炮防雹的相控阵双偏振雷达观测特征北大核心CSCD

选取2021年6月28日山西省临汾市隰县一次高炮防雹作业过程,利用隰县X波段相控阵双偏振雷达数据分析作业前后强对流云变化的现象和机理。高炮防雹作业后冰雹云单体的宏观特征、动力和微物理的垂直结构均出现短时间明显变化。高炮防雹作业后1 min 55 dBZ顶高急剧下降约2 km至0℃层以下,水平反射率因子ZH的强回波垂直结构在0℃层断裂,径向速度散度显示单体前部和后部的辐合带减弱、消失,差分反射率ZDR在近地面增大,ZDR柱消失,差分相移率KDP在中低层增大,共极化相关系数ρ_(hv)从0℃层到近地面表现为0.94~0.96的柱状区,单体核心上部的过冷水小范围中心消失,0℃层以下由雨夹雹、霰、湿雪及各种雨的混合柱状分布转为低层大雨。这些短时间的明显变化现象支持爆炸防雹理论。     

Radar measurements of integral parameters of hailstorms used on hail suppression projects

The exact quantitative estimation of hailstorm precipitation intensity, allowing determining successfully the crop hail damage, is extremely necessary while carrying out of programs of experimental researches of the hail clouds as well as at realization of operative projects on hail suppression. On the other hand, the possibility of obtaining a trustworthy information about changes of hailfall intensity during cloud seeding operations enables to judge more objectively about seeding effect and to make a decision about its beginning and termination. Just because of such a parameter, the kinetic energy of hailfalls presents a great interest for the researchers. As it is known, measuring the kinetic energy of hailfalls is carried out both directly by ground network of hailpads, and by radar methods. The accuracy of the radar methods of the hail kinetic energy measurement strongly depends not only on the choice of an optimum formula for calculation but also on the algorithm used for separating hail and rain parts of radar echo and on the way it was used in the hail–rain mixture zone of precipitation.The method of calculating the kinetic energy of the hailfalls, based on empirical dependence of hail probability P_h on a height of a zone of a radar echo with a reflectivity of 45 dBZ above a level of zero isotherm ΔH₄₅, is offered in the given work. The algorithm of separating hail and rain parts of a radar echo and the way it was applied in a hail–rain mixture zone is described. The examples of hail streaks in contours of radar reflectivity and in isopleths of hail kinetic energy obtained using the given algorithm are shown.In Mendoza province (Argentina), a hail suppression project (1993–1997) for the analysis of the vertical structure of a radar echo with Z_max > 45 dBZ, such new parameter is an integral altitude, was used. This dimensionless parameter is most sensitive to such a condition of radar echo when all four contours of increased reflectivity Z₄₅, Z₅₅, Z₆₅, and Z₇₅ synchronously reach the maximal values. The analysis of time distributions of the main radar parameters of hailstorms on a background of values of integral altitude is resulted. It is shown that local hailfall maximum intensities on the ground are observed after the achievement of maximum integral altitude with a certain delay. It enables to predict zones of the greatest hail damage in a mode of radar observation.     

Sensitivity study of the influence of cloud droplet concentration on hail suppression effectiveness

A cloud-resolving mesoscale model with a two-moment microphysical scheme has been used. The software package for cloud seeding and two categories of precipitation elements (graupel and frozen raindrops) are incorporated in the model. The aim of this study was to investigate the impact of cloud droplet concentration on hail suppression effectiveness. The concentration level of cloud droplets is prescribed in the model. We performed sensitivity tests of precipitation amounts (rain and hail) on the cloud droplet concentration in unseeded and seeded cases. We demonstrated for the unseeded case that increasing the concentration of cloud droplets created a reduction in rain accumulation, while the amount of hail accumulation increased. It is necessary to understand whether natural diversity in the cloud droplet concentration can affect the effectiveness of hail suppression. For operational cloud seeding activities, it would be helpful to determine whether it is possible to suppress hail if we know the optimal level of concentration for cloud droplets. Our study showed that hail suppression effectiveness had the greatest influence on lowering cloud droplet concentration levels; suppression effectiveness decreased as the cloud droplet concentration increased.     

冰雹形成机制和催化防雹机制研究

利用文献［１］发展的三维弹性冰雹云催化模式模拟研究了１９９７年７月８日陕西省旬邑防雹试验区出现的一块冰雹云,分析其冰雹形成的物理机制,对雹云做了高度催化试验,研究了催化防雹机制。结果表明,９７％的雹块是以冻滴为核心增长的,在云中冰雹还未形成前,于强上升气流区的适当高度催化效果较好,而在上升气流极值高度,亦是高含水量区催化效果最好。催化使霰和冻滴的浓度增加,粒子质量减小,向雹的转化比例大为降低,因此雹块的质量和浓度都减小,达到了防雹的目的。     

冰雹形成过程及人工防雹研究综述

冰雹作为一种短时强灾害天气,常给农业、建筑、电力、交通甚至生命财产等造成严重影响,人工防雹也因此受到人们的广泛关注。文中首先介绍了冰雹形成机理和雹云物理研究情况,然后围绕人工防雹机理、技术、科学试验及效果评估这4个方面的研究进行了评述,旨在从理论和实践上总结人工防雹工作的进展,增进对人工防雹科学问题的认知,从而为促进中国人工防雹理论研究和技术进步提供借鉴。研究表明:（1）“累积带理论”和“循环增长理论”是冰雹形成的最常见理论,限于早期的雷达观测技术和缺乏完整的冰雹数值模式,早期认知的冰雹形成机理存在一定的局限。（2）雹胚一般分为冻滴胚和霰胚,冻滴胚由过冷雨滴冻结而成,霰胚则是冰晶、雪花撞冻生长而成。冰雹云中哪种雹胚占优势,主要看云底温度的高低。雹云的发展依赖于水汽条件、动力不稳定条件、风垂直切变等关键因子。（3）人工防雹主要遵循“播撒防雹”和“爆炸防雹”2条技术路线,“利益竞争”和“早期降雨”是常见的6种防雹原理假说中最广泛被用来作为防雹作业设计依据的2种播撒防雹理论。（4）人工防雹技术上多采用通过飞机、地面火箭、地面燃烧炉等向云中播撒人工冰核,或通过地面高炮向云中发射含人工冰核的炮弹等方式,影响冰雹的生长过程从而达到抑制或削弱冰雹生长的目的。（5）大量外场试验证明人工防雹效果有较大的地域差异,需根据各地冰雹云特征及其降雹特点制定和发展本地适用的人工防雹技术体系。（6）人工防雹效果检验仍然是制约人工防雹技术发展的一个“瓶颈”,目前常用的统计检验、物理检验和数值模拟检验技术方法均需要进一步改进和完善。由于雹云变化迅速、降雹过程短促,人工防雹技术实施的时效性以及防雹效果评估仍存在较大的困难。今后应更多地借助多种探测设备进行冰雹云的精细化探测,开展有科学设计的人工防雹外场综合试验,运用统计检验、物理检验和数值模拟相结合的综合检验技术方法评估防雹效果,推动人工防雹事业进一步快速发展。      

关于爆炸防雹方法的理论依据和技术要领的探讨

本文分析了我国“37”高炮防雹及苏联的防雹效果，基本的看法是:在防雹效果中，爆炸作用是一个相当重要的因素。我们根据爆炸产生的力学效应和润滑效应，以及冰雹在雹云中增长轨迹有集结于沿雹云移向上相对环境水平风速为零的近域内的现象，对爆炸防雹方法的技术要领提出一些建议。     

山东中西部一次长生命史超级单体雷达回波特征和触发机制分析

利用常规观测资料、多普勒雷达产品、NCEP/NCAR再分析资料和加密自动站等资料分析了2016年6月14日山东中西部地区一次长生命史超级单体的环境条件和雷达回波结构演变。结果表明,强对流发生在华北冷涡天气背景下,中层有中空急流配合的冷槽叠加在低层低空急流配合的暖脊上,中低层之间水汽和热量的平流差异不断增大。地面露点锋生和中尺度辐合线触发的对流云团在深厚的垂直风切变和强的垂直不稳定层结作用下逐渐发展成超级单体风暴。超级单体低层反射率因子呈现明显"V"型缺口,反射率因子垂直剖面呈现典型的有界弱回波区,回波悬垂和回波墙,相应的中高层径向速度呈现出一个强中气旋,旋转速度达29 m/s,中气旋的发展和维持使得超级单体发展和维持。6月,当最大反射率因子值达到60 dBZ,出现中等强度以上中气旋且VIL值和VIL密度分别达59 kg/m2和4.7 g/m3以上时,在强对流预报业务中需要注意大冰雹的出现。冰雹发生在风暴单体强中心所在高度和回波顶高下降期间。     

Vertical radar reflectivity profiles in Slovenia

Summary Radar reflectivity from hydrometeors is used for the estimation of the precipitation rate at ground level. If the vertical reflectivity profile is taken into account, the estimate can be improved considerably. In the first part of the article some theoretical explanations are given for the two most pronounced characteristic of the vertical radar reflectivity profile from clouds. In general, the observed values decrease with height in the upper part of the radar echo due to the growth of precipitation particles by collision and coalescence. The effect of the bright band, especially in more stratiform types of precipitation, adds a significant strong peak to the profile, at the approximate height of the 0 °C isotherm. These explanations, although being simplified, also provide a quantitative explanation of the two characteristics mentioned previously. Averaged seasonal characteristics of vertical profiles in Slovenia are used as the climatological basis for the construction of an idealised profile for correcting the precipitation estimate. For individual cases, and also after averaging, a maximum in the profiles can clearly be detected. This maximum is much sharper if the profiles are normalised. When looking at time changes, it is shown that most of the changes in radar reflectivity, on average, occur during a roughly 6-hour time-lag between the two measurements. With greater time-lags, the differences are smaller on average. This is caused by the local natural evolution of the precipitation field and indicates that a 6-hour to 12-hour accumulating and averaging of data could diminish much of the error due to the time variation in radar estimated precipitation.With 5 Figures