基于航测的云底气溶胶活化率与过饱和度估算

2016年11月13日在北京地区上空存在持续稳定的层状云天气背景下,利用飞机开展气溶胶粒径谱、化学组成、云滴谱等参量的垂直观测,研究该个例云底气溶胶的活化能力。结果表明:探测期间北京地区为轻度污染天气,地面气溶胶浓度(0.11~3 μm)达到4600 cm-3。云层高度为800~1200 m,云底气溶胶数浓度相对于近地面大幅度降低,有效粒径显著增大(0.3~0.6 μm)。同时,近地面气溶胶中疏水性的一次有机气溶胶贡献显著,而云底气溶胶中一次有机气溶胶的贡献大幅降低,无机组分和二次有机气溶胶的贡献明显增大,造成吸湿性参数κ由0.25(地面)增大至0.32(云底)。云中气溶胶和云滴的谱分布衔接较好,且两者的数浓度之和与云底气溶胶浓度一致,可分别代表未活化和已活化的粒子。基于云底气溶胶粒径谱和吸湿性参数计算得到不同过饱和比下云凝结核的活化率,通过与云中观测结果对比,反推得到云底过饱和度约为0.048%。     

一次积-层混合云系垂直结构和降水机制的飞机观测资料分析与数值模拟

积-层混合云是影响北京地区的重要降水云系,运用飞机探测资料结合中尺度数值模式WRF,对2014年9月23日发生在北京地区的一次积-层混合云系的垂直结构和降水机制进行了探测资料分析和数值模拟研究。通过分析云系的雷达回波演变,发现云中的对流泡没有出现爆发式增长,回波在垂直方向上增长不明显,此次过程属于积-层水平混合型云系降水。飞机探测资料分析显示,上、下午探测云系的液态水含量都不高（最大低于1 g/m3）;在云系不同高度,飞机探测到的冰晶形状主要有板状、针柱状、辐枝状和不规则状,由于云中过冷水含量相对较低,聚合冰晶的数量明显多于凇附冰晶,冰晶的聚合是云中粒子增长的主要过程。对模拟云系垂直微物理结构和降水粒子的源、汇项分析得到:高层,由凝华产生的冰晶和雪晶在过冷水含量较低的环境中不断聚并、长大并下落,云系中霰的含量很低,增大的冰晶和雪晶下落至0℃层附近融化是产生地面降水的主要机制。此外,融化层附近,雨滴捕获云滴不断长大并下降至地面也是地面降水的另一个重要来源。      

一次冻雨过程云物理特征的数值模拟

运用中尺度数值模式WRF3.5.1对2011年1月1日贵州境内的一次冻雨天气过程进行了数值模拟,研究了本次过程的大气层结、冻雨区云系的宏微观结构和云物理特征,初步分析了冻雨形成的云微物理过程和成因。结果表明,贵州境内的冻雨区(26°N~29°N)具有冷性和部分"冷—暖—冷"的温度层结,在高层没有显著的冰相粒子,冻雨区是相对较强的水汽辐合中心,丰富的水汽输送在冷性的环境条件下形成云滴,进而碰并产生雨滴,过冷雨水主要通过暖雨过程形成;雨滴继续下落至近地层并保持过冷雨水形式,最后接触到低于0°C的物体或地面,迅速冻结而产生地面冻雨。     

人工影响天气后下游地面湿度响应分析探讨

2008年8月8日下午到夜间,针对北京地区西北部、西部和西南部强对流天气进行了人工影响天气作业。为了解大规模进行人工影响天气作业后下游地区地面湿度的变化情况,文章结合空中天气形势,利用北京城区和郊区215个自动站及非自动站资料进行降水分布研究,重点利用其有湿度记录的108个站资料,对大规模人工影响后的地面湿度变化结合同期降水资料进行分析,以期为今后大规模的人工影响天气提供实验依据。结果表明,2008年8月8日夜间北京地区引导气流为西南东北向,天气系统基本沿西南—东北向移动,18：00—00：00的6小时累计降水量,呈东北西南向带状分布,北京城区处在降水量比较少的＂豁口＂处,＂鸟巢＂无降水。人工影响天气部门在北京地区西南部进行大规人工模影响强对流天气作业。作业后,在大规模人工影响作业区下风方带状范围内,地面水汽压随时间具有明显的突变（地面水汽压突然减小,持续时间大致在25分钟左右）,且这种突变从由西南向东北减弱,突变开始的时间逐渐推后。在带状中心轴线附近这种突变比较明显,远离中心轴线这种突变减弱,开始突变的时间也推后;而在带状范围外,则没有这种现象。究其原因,主要由于大规模发射火箭弹进行作业,一是火箭弹尾喷的播撒作用,二是尾喷激起的强大扰动作用,有利于大的雨滴降落,或迅速长大后降落,形成下沉气流,下沉气流将高层的干冷空气带到低层引起地面水汽压减小;此下沉气流沿着引导气流向下游传播,在传播过程中逐渐衰减。进一步分析2008年8月8日20时500 hPa风,根据此高度风速大小估算大规模作业区距离分析地面水汽压发生较大变化测站的时间,发现测站地面水汽压的发生较大变化时间与由上游空气柱移来的时间比较一致。     

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。     

不同时次地基微波辐射计反演产品评估

利用北京大型活动期间探空和微波辐射计资料,采用统计方法进行评价分析,目的是了解该型微波辐射计的性能。结果表明:①总体平均:对温度,有降水时误差变化范围大,无降水时相对比较小,比较平稳;无降水时比有降水时更接近于探空观测结果。对相对湿度,误差的变化与温度比较相似,但从相对误差的变化来看,有降水时比无降水时小。无降水时反演的相对湿度与探空的比较一致。②不同时次:对温度,无降水时统计量随高度的变化规律性比较明显,趋势一致;有降水时的规律相对较差。无降水时,20:00误差比较小,比较接近探空;14:00误差比较大。有降水时,各时次误差比无降水时大,反演的20:00温度变化曲线与探空最接近。对相对湿度,无降水时统计量随高度的变化规律性比较明显,趋势较一致;有降水时的规律性相对比较差。总体来看,降水对微波辐射计影响较大,反演的20:00的资料误差小一些,5000m高度上下误差变化比较大,与云层有关。     

过量Agl播撒对降雨的抑制作用

奥运会开幕式当天北京市西南和东北两块降水云系不断发展加强,根据当天北京地区的风向,对可能影响鸟巢的西南云系进行了消（减〉雨作业。文章分析了作业区云体和非作业区云体的发展、演变、以及降水的情况。结果显示过量Agl播撒能够对降水产生抑制作用,从而对目标区起到较好的保护作用。     

过量AgI播撒对降雨的抑制作用

奥运会开幕式当天北京市西南和东北两块降水云系不断发展加强,根据当天北京地区的风向,对可能影响鸟巢的西南云系进行了消(减)雨作业。文章分析了作业区云体和非作业区云体的发展、演变、以及降水的情况。结果显示过量AgI播撒能够对降水产生抑制作用,从而对目标区起到较好的保护作用。     

人工消减雨作业雷达回波特征综合分析

主要利用S波段多普勒雷达相关产品对2008年8月8日奥运会开幕式时段北京市人工影响天气办公室进行的几轮消减雨作业效果进行了分析评估。分析表明,针对降雨云系进行过量AgI播撒作业后,作业云的雷达回波强度减弱,强回波顶高度降低,强回波面积减小。消雨效果显著。     

北京地区一次辐射雾的数值模拟

利用非静力中尺度模式MM5V3对2006年11月20日北京地区的一次大雾天气过程进行了数值研究。模拟结果与极轨卫星监测图像以及十二通道微波辐射计观测资料的对比表明,模式对此次雾的模拟是比较成功的,尤其是在雾区的分布位置、雾的高度以及雾的维持时间等方面。针对不同的云物理方案、长波辐射项、短波辐射项以及模式的垂直分辨率进行了4组敏感性实验。结果表明,地面的长波辐射冷却促使辐射雾的形成,而短波辐射的加热是辐射雾消散的主要原因。另外,增加模式的垂直分辨率以及选取更加详细的云微物理方案可以使模式模拟的辐射雾的结果有明显的改善。