冰晶核化动力学在地形云中的应用

1.引言控制对流云和地形云增雨的主要因子包括目标云和播撒(或催化)物质的特有性能.对于冷云播撤,成核剂的关键的可变因素包括核化机制、核化时间速率和产量(或成核率).在被催化的云中,有效的核化时间可能十分短促.对流云中上升气流使气溶胶粒子     

春季吉林地区层状冷云中冰晶的形成与雪晶增长特点

1963年春季,利用铝箔取样技术对吉林地区的降水性层状冷云中的冰晶、雪晶进行了飞机观测。本文摘要给出云中冰晶与雪晶浓度的空间分布、雪晶形状和温度与晶体浓度的关系、雪晶直径随高度的变化以及在一次探测中观测到的雪晶谱的变化特点等观测结果。并根据这些资料对云中冰晶的形成、增长和云中固态含水量大小等问题做了初步分析。     

层状云中冰晶繁生过程对降水影响的数值模拟

在层状云雨滴分档模式中加入冰晶繁生过程,研究繁生过程对层状云微物理结构及降水过程的影响。结果表明:模式云发展到190 min时,冰晶繁生过程发生,繁生层内的冰粒子浓度由10-3L-1增加到7.3 L-1,随后迅速减少,250 min后趋近于无繁生的情况;繁生层及其下方的云水含量较繁生前相同时刻减少约0.05-0.2 g.m-3;190 min,2 400-4 800 m高度层内的水汽含量急剧减少0.1-1.0 g.m-3;190-230 min,2 400-5 000 m高度层的冰水含量较考虑繁生过程之前增加0.1-0.6 g.m-3,240-250 min,2 400-4 000 m高度层内的冰水含量较繁生前相同时刻减少了0.1-0.3 g.m-3。加入繁生过程之后,雨强极大值增加1.8 mm.h-1(6.6%)。由此得出结论:(1)繁生过程发生后,云中瞬时冰晶浓度增加,繁生层下方的云水含量减少,冰水含量先增加后减少,水汽含量减少;(2)繁生过程使得雨强极大值增大。     

1963年4-6月吉林地区降水性层状冷云中的冰晶与雪晶

1963年4—6月,在吉林地区15次降水性层状冷云的飞行中,用铝箔取样器观测了云中的冰晶与雪晶,共取得432份样品资料。本文将利用这些资料,研究降水性层状冷云中冰晶与雪晶的一般特征。其结论有:(1)云中冰晶(直径为1.1—0.3毫米)的平均浓度为26.2个升~(-1),雪晶(平均直径为1毫米)的平均浓度为0.18个升~(-1);(2)浓度频率的分布较集中,大多集中出现于平均值的一倍以内;(3)云中冰晶与雪晶的平均状况与云顶温度及高度密切相关,云顶温度愈低,高度愈高,云中冰晶与雪晶的平均浓度愈大;(4)云中不同温度或不同高度处的冰晶与雪晶状况是不同的。     

冰晶异质核化对雷暴云电过程影响的数值模拟

引入一种新型冰晶异质核化方案,基于二维雷暴云模式,探讨雷暴云电过程对三种异质核化的响应.结果 表明:浸润核化是冰晶生成的最重要异质核化过程,较高数浓度的冰晶消耗雷暴云内液态水含量,抑制淞附过程,导致霰粒子比含水量低,表现为较强的负极性非感应起电率;接触核化生成的冰晶量最少,仅对雷暴云中下层3～5 km处的冰晶有贡献,同...     

自然云中的冰水转化过程

本文讨论了在自然过冷云中的冰水转化过程,和降水元产生的情况。从计算的结果指出,过去用的静止、等温、成冰核匀谱的冰水转化过程,不能很好地反映真实的云中状况。上升气流,成冰核谱、非等温效应等对于冰水转化过程有很大的影响。     

云中可溶性物质对冰核化影响的实验研究

用冷台冻滴和２ｍ３云室试验相结合的方法，研究了云中可溶性物质对冰核化的影响。实验结果表明，一般云中观测到的可溶性盐类气溶胶（如ＮａＣｌ、（ＮＨ４）２ＳＯ４等）在温度高于－１８℃时不易成为冰核。而高浓度的可溶性铵盐（如（ＮＨ４）２ＳＯ４，ＮＨＣｌ等）则能显著提高ＡｇＩ的成冰温度。（ＮＨ４）２ＳＯ４能使ＡｇＩ成冰晶数在－１０℃提高２个量级，－６℃提高约１个量级。该结果对人工催化技术有一定指导意义。     

冰晶核化对雷暴云微物理过程和起电影响的数值模拟研究

本文在已有的二维对流云模式中采用了一种与气溶胶有关的冰晶核化方案替代原有的冰晶核化经验公式, 并选取个例, 分别就两种方案进行了模拟对比试验。模拟结果表明:(1)新方案所得冰晶比含水量主要分布在-0.1~-7.6℃温区之间, 高于原方案所得的-50.1~-24.2℃温区;在整个雷暴云的发展过程中新方案冰晶的分布高度、温度区间以及最大浓度值均大于原方案。(2)在新方案中, 温度相对较高的过冷区产生大量冰晶, 其争食云中水汽抑制了云滴、雨滴的增长。此外, 与原方案相比, 霰增长受雨滴大幅减小的影响进一步得到限制, 导致生成的霰小于原方案, 且空间分布具有较大区别。(3)两方案在雷暴云初期形成的电荷结构不同;在发展旺盛与消散阶段新方案中电荷空间分布区域和电荷量均大于原方案, 此外, 在不同时刻主正电荷区和主负电荷区的中心高度存在差异。本文对云微物理过程及起电的分析为后继探讨气溶胶与雷暴云起放电过程、电荷结构之间的相互关系提供了有利条件。     

冰晶核化对雷暴云闪电行为影响的数值模拟研究

为了探讨冰晶核化对雷暴云闪电行为的影响,通过已有的三维对流云起、放电模式探讨对比了3种冰晶核化方案,分别为原模式中的经验公式YS方案及与气溶胶相关的DE方案和LP方案。研究表明冰晶核化方案对雷暴云内冰晶微物理发展特征、起电及放电过程均有一定影响。模拟结果显示:(1)考虑了气溶胶的两种新参数化方案中冰晶粒子在高温区(高于-13.8℃)出现,在雷暴云发展过程中DE方案和LP方案冰晶的垂直分布均大于YS方案。(2)DE方案和LP方案中高温区出现的冰晶所带电荷极性有明显的反转现象,导致雷暴云电荷结构产生差异;雷暴云发展旺盛时刻DE方案和LP方案出现三级性电荷结构,而YS方案在整个雷暴云过程都是偶极性,并且DE方案和LP方案中电荷空间分布区域更加广泛。(3)不同核化方案下雷暴云放电特征存在差异,YS方案在偶极性电荷结构背景下没有负地闪产生,而DE方案和LP方案中次正电荷区的存在促进了负地闪的发生,并且负先导出现在较低的高度范围内;DE方案和LP方案中电荷量级较大,因此云闪发生频次以及正、负先导传播次数增加明显。     

贵州夏季自然云中冰雪晶和大粒子观测结果的分析

本文对夏季贵州自然降水性云的冰雪晶、大粒子作了初步分析。主要结果有:(1)冰雪晶平均浓度比北方地区的低,另外云中含水量大的区域冰雪晶平均浓度值也较大。(2)积状云冰雪晶浓度频数分布较集中,大多数集中于平均值附近,不超过一个量级。(3)冰雪晶和大粒子空间分布有明显差异。(4)在浓积云内暖云部分有冰雪晶沉降。(5)贵州夏季自然云降水及其人工催化的研究必须考虑冰相过程。     

冰（雪）晶生长微物理过程的风洞实验研究

该文简要介绍了（１）风洞实验研究的科学意义及应用前景；（２）冰（雪）晶增长微物理实验的研究的概况；（３）新研制的冰（雪）晶增长小型垂直过冷云风洞及其测试系统；（４）主要实验研究结果，包括风洞实验模拟出的冰（雪）晶，含水量对冰（雪）晶增长的影响，风洞中冰（雪）晶的运动方式，初始晶胚特性及运用实验结果指导象灾害的预测及防治。     

THE MICROPHYSICAL STRUCTURE OF SNOW CLOUDS AND THE GROWTH PROCESS OF SNOW PARTICLES IN WINTER IN XINJIANG

The microphysical structure of snow clouds and the growth process of snow crystals were observed by means of instrumented aircraft,weather radar,snow crystal observations etc.in Urumqi region during the winter of 1982.The analysis of three cases show that about 70% of snow mass growth is produced in the lower layer below 2000 m under the cold front,and that the concentration of ice crystals is as high as 60 L^-1 and the supercooled water is absent in lower clouds.We may infer that the deposition of ice crystals and the aggregation of snow crystals are important processes for the snow development.The microphysical structure of the snow band near the front aloft and its characteristics as a seeder cloud are also described in this paper.     

层状暖云降雨及其催化的数值模拟

本文提出层状暖云降水的一维时变模式,用数值试验方法探讨了层状暖云降水的临界条件,各种物理参量对降水过程的作用以及播撒盐粉的增雨效果和最佳催化技术。     

我国东南海域云出现概率和海表温度的关系分析

海表温度(SST)和云是表征海洋和大气状况的主要物理量。为了掌握我国东南海域两者间的某些特征,综合使用CloudSat卫星观测和SODA3.3.1中的SST资料,分别就垂直方向上的云出现概率(FOC)和SST的变化关系进行了基本的统计分析。结果表明,尽管两海域FOC随高度分布均是SST相对低时,低层大高层小;随着SST增暖逐渐是高层大于低层的。但分布强度及其与SST的变化范围划分有所不同。相比而言,南海海域低层FOC高度相对低,变化幅度也相对大。特别是在SST＞30.5 ℃时,台湾以东海域FOC是减弱的,而南海的则是维持或增强。研究结果不仅有助于直观掌握两海域FOC和SST间的变化关系,而且定量化揭示局地海气相互作用中SST与云的对应关系。      

2008年初江西中部冰雪风暴过程的数值模拟

利用中国科学院大气物理研究所研制开发的三维对流云模式,对2008年2月1日江西省中部的一次冰雪风暴过程进行了数值模拟。模拟方案分方案A和方案B,方案A云中水物质包括水汽、云水、雨水、冰晶、雪、霰共6类,方案B云中水物质包括水汽、云水、雨水、冰晶、雪共5类。对比分析两种方案的模拟结果表明,模式微物理过程中不包括霰粒项模拟结果更接近实际情况,冰晶在雪产生的初始阶段起着主要作用,但以后时段风暴内的冰晶效应使风暴内过饱和水汽在雪片上的凝华增长过程中起着主要作用。     

ON THE ICE NUCLEATION BY CONTACT ON THE INNER AND OUTER LAYER OF A WATER DROP*

Nucleation of ice by contact takes place when an aerosol particle collides with a surface of supercooled water drop.Aerosol particle may either bounce off the water surface or be captured on it.McCully et al.(1956) and Rosinski et al.(1963) have shown that capture of hydrophilic particles was four times larger than of hydrophobic ones.Hydrophobic aerosol particles will nucleate ice preferentially during the brief time of contact when they bounce off the surface.     

新疆冬季降雪微结构及其增长过程的初步研究

1982年冬季在新疆乌鲁木齐地区,利用飞机、雷达、雪晶观测等手段对降雪云的微结构及雪粒子的增长过程进行观测。三次个例的分析结果表明:70％以上的雪水量是在2000m以下的低层产生的,云中存在高达60个L~(-1)的冰晶浓度高值区,云中已无液态水,据此推测凝华—聚并是雪增长的重要过程。文中还对高空锋面附近的雪带微结构及其做为引晶云的特征进行了阐述。     

NUMERICAL SIMULATION OF ACIDIFICATION PROCESSES IN COLD CUMULUS CLOUDS

In this paper, a 1-D time dependent cold cumulus chemistry model is presented. In the coldcumulus model, 4 categories of hydrometeors: cloud drops, raindrops, cloud ice crystals, graupelparticles, and 18 microphysical interactions are considered, In the chemical model, the source andsink terms for pollutants include: the complicated interactions between pollutants (gases andaerosol particles) and the hydrometeors (especially ice crystals and graupel particles), the ex-changes of chemical compounds between two hydrometeors accompanying microphysical processesand the aqueous oxidations of S (IV) to S (VI). The two models are combined to study the acidifi-cation processes in cold cumulus clouds.