积云并合降水数值模拟

用积云二维时变模式模拟长沙夏秋季积云并合过程，结果表明：系统性天气积云从生，常产生自然并合，降水量很大；有些可播度大于零的天，积云散在发生，几天自然并合，降水量少，若在附近有一扰动产生积云，并合将使其发展强盛，降水量增加；可播度为零的天气，即使积云相距很近也不合并，而是先后消散，无作业价值。     

数值模拟积云的发展过程

本文利用胡志晋教授提出的一维时变积云数值模式，输入实际探空资料，地湛江1998年7月15日的一次积云雹过程进行了模拟计算，预报了各种水粒子的比质量和比浓度的变化。     

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。     

海南岛西部山区人工催化暖底积云随机化效果检验

2015—2016年在海南省昌江县霸王岭开展地面暖云烟炉随机化人工催化效果检验,共取得催化和未催化试验样本34个。利用TITAN风暴追踪系统结合自动雨量资料进行统计和物理效果分析。结果表明:催化样本影响区平均增雨量为3.36mm/2h,未催化样本平均增雨量为2.97mm/2h,催化比未催化样本平均增加雨量0.39mm,相对增加11.4%,显著性分析差异显著;对于增长阶段的积雨云,催化样本反射率增强、含水量增大、回波顶高升高;处于减弱阶段的积云,多数催化样本回波减弱趋势趋缓。     

广西积云人工增雨防雹的个例数值研究

利用三维积云模式模拟2006年4月9日下午发生在广西东兰县境内的一次冰雹天气过程。结果表明,三维模式对该个例具有一定的模拟能力。个例催化数值试验表明,该积云具有一定的人工催化潜力,当在出现过冷水后,自然冰晶浓度较低前在过冷水区的底部实施适量的催化,则可达到最佳的效果,既能一定程度增雨又能一定程度消雹;当过量催化时则既能一定程度消雨又一定程度消雹。     

一次冰雹过程人工催化的数值模拟试验

利用二维雹云模拟济南地区１９９６年７月２４日出现的一次冰雹过程，模拟结果表明对雹云２６个主要微物理过程双参数化较细致地描述对流过程的热，动力反馈和微物理特点２。根据计算结果，对该次冰雹过程进行了ＡｇＩ催化试验，结果得出在云发展初期对暖底雹云实施高浓度的冰晶催化，可起到减少地面冰雹和增加地面降水的作用。     

暖层云人工催化降雨落区的数值模拟

本文利用二维非定常数值模式，模拟了大气层状云降水发展，变化的微物理基本规律及播撒盐粉后增雨的落区，从而探讨了暖层云增雨的效果和催化方法，得出了一些有益的结论。     

气溶胶浓度影响暖雨过程的数值模拟试验

本试验利用ＲＡＭＳ非静力平均模式对１９９５年８月上旬南京地区一次雷阵雨过程进行了不同气溶胶浓度背景下的模拟。初步表明，活化云凝结核浓度增加，可以延缓暖雨过程，减少降水量约２０－３０％，同时，云更持久维持。     

数值模拟积云的发展过程

本文利用胡志晋教授提出的一维时变积云数值模式，输入实际探空资料，对湛江1998年7月5日的一次积云降雹过程进行了模拟计算，预报了各种水粒子的比质量和比浓度的变化。     

减弱对流云降水的AgI催化原理的数值模拟研究

在对流云模式中增加了AgI两个预报量,耦合了考虑受水汽过饱度和温度影响的4种核化机制的AgI催化模块,使其具备了对AgI类催化剂的模拟能力,能够研究AgI类催化剂对对流云系统的影响。利用该模式对一次华南对流云降水过程进行了AgI催化数值模拟试验,对人工减缓对流云降水的可能性及原理进行了研究。模拟结果表明,在适当的时机对适当的部位进行大剂量的催化,可以减少总降水量,也可以减少最大降水中心的雨强。当催化浓度达到2×10~8 kg~(-1)时,可以减少32%的降水量,具备有效减缓对流云降水的可能性。大剂量催化后,大量的AgI粒子在冷区核化后,消耗了大量的过冷水。催化后霰粒子的落速和雨水的落速减小。催化阶段由于霰融化成雨水减少而使降水减弱。催化结束后在霰融化成雨水增多的情况下,雨水的蒸发大幅增加,从而导致了降水量的持续减少。AgI在模拟的强对流云中主要以受过饱和度影响的凝结冻结和催化剂长时间作用的浸没冻结这两种方式成核。研究所用催化方法在外场作业中具有技术可行性。     

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。     

人工影响暖云过程吸湿性催化研究

介绍了近年来吸湿性催化的一些最新理论、新催化剂研制和播撒方法的研究,并分析了近期4个不同地区吸湿性作业试验结果：南非和墨西哥试验试图引入吸湿性凝结核,增宽云滴谱,加速凝结过程;泰国和印度试验试图引入活跃的凝结核,跳跃性地开启碰并过程。两类试验均促进云滴早期发展,产生比自然状态下更多的降水。此外通过暖云借化试剂在云室中催化湿空气的试验,来初步评估吸湿性催化的效率。     

层状云中飞机人工增雨作业间距的研究

利用数值试验方法, 设计了4 km, 8 km和20 km 三种飞机增雨播云间距方案, 研究了不同间距对有效区域的影响.从结果分析发现, 实际形成的播云线受水平风场输送作用, 与设计的航线产生了偏离; 不同播云间距形成的投影有效面积、有效作用时段不同, 其时空分布及投影有效面积所对应的地面位置也不尽相同.另外, 提出了增雨效益的数学表达式.效益分析表明, 在相同作业条件下, 8 km间距的增雨效益比20 km间距提高31%, 比4 km间距提高了23%, 4 km间距比20 km间距提高6%, 其物理原因主要是并合作用.最后, 针对交叉和平行播云方案, 提出了设计最佳播云间距的数学表达式.     

碘化银冷云催化的数值模拟研究

利用加入碘化银冷云催化模块的中尺度数值模式WRF对2014年5月9一11日发生在华北地区的一次降雨天气过程进行了增雨催化数值模拟研究。模式的催化参数根据实际增雨作业信息进行设置,探讨了增雨的效果和机理,并针对催化高度和催化剂量进行了两组敏感性试验。结果表明:在高度5~6 km,温度一20~一15℃左右的冷云区位置引入碘化银冷云催化剂可使地面降水量显著增加。地面增雨开始于作业后30 min左右,70 min左右达到最大,90 min后出现减雨,110 min后减雨效果大于增雨。增雨机制主要为:碘化银的播撤使融化层之上云中的过冷水含量显著减少,冰雪晶的含量增加,雨滴碰并雪的过程和雨滴捕获云滴的过程增强;增加的雪晶下落到暖区融化成雨滴的过程增多,最终造成地面降雨量的显著增加。从微物理过程的量级来看,雪晶粒子的融化是导致降水增加的最主要过程。不同催化高度和催化剂量的敏感性试验结果表明,针对这次过程在过冷云水丰富,温度较低而冰雪晶含量相对较少的高度进行催化效果较好。继续加大催化剂量,可以起到更好的增雨效果。     

华北层状云系人工增雨个例数值研究

利用耦合了CAMS详尽云方案和非静力中尺度数值模式MM5V3的CAMS中尺度云分辨模式对2008年3月20—21日环北京地区的一次层状云系降水进行模拟和人工催化数值试验。模拟自然降水分布与实测结果一致,分析微物理特征并在所得分析的基础上进行催化试验。研究在不同催化剂量、高度进行试验对降水的影响。结果表明：在过冷水含量高且冰晶含量低的区域引入人工冰晶可使地面降水增加。引入人工冰晶后催化区域水汽明显减少,云水也有减少,冰晶粒子和雪粒子增加,而且水汽减少的量明显大于过冷云水的减少量。同时催化后550 hPa附近的下沉气流中心变为上升气流,动力、热力效应明显。雪碰并冰晶增长、冰晶转化成雪增长是催化高度附近雪晶增加的主要过程,而催化高度以下,雪碰并过冷云滴增长是雪晶增加的主要过程;雪晶碰并过冷雨滴增长是霰粒子增加的主要过程;雨滴碰并云滴增长是雨滴增长的主要过程。     

对流性云火箭增雨试验效果的数值模式评估

利用中国科学院大气物理研究所建立的具有人工增雨催化功能的三维云数值模式(IAP-CSM3D)，对2003年7月5日北京地区的一次对流性云火箭增雨作业的效果进行了数值模式评估，并就火箭催化的时间、部位和剂量对增雨效果的影响进行了分析。结果表明，利用火箭在对流云中适宜的部位进行人工播云催化作业是有正效果的；在云发展阶段进行催化，增雨效果较好；火箭发射仰角对增雨的效果有很大影响，给出了火箭最佳发射仰角的选取原则，并分析了火箭催化增雨的机理。     

大气冰核谱分布对对流风暴云人工催化影响的数值模拟研究

2002年9月在青海省河南县人工增雨综合试验基地开展了人工增雨外场综合观测试验.根据这次实验得到的大气冰核资料,以及文献给出的另外两组常用的冰核资料,利用中国科学院大气物理研究所研制和发展的三维对流云人工催化数值模式,讨论了3类不同大气冰核谱环境对模拟对流风暴云人工催化增雨效果的影响,模式中还考虑了国内人工影响天气部门常用的RYI-6300型和WR-1B型人工增雨防雹火箭播云弹道的差异.模拟结果表明,3类不同大气冰核谱环境对模拟对流风暴云的宏观和微观参量分布结构有很大影响,在这些对流云中进行火箭播云催化试验得到的播云效果也有很大差异.大气环境中高温冰核浓度低,而低温冰核浓度高时,对流风暴云人工催化将导致云中冰晶过量,不利于对流风暴云降水增加.在大气环境中高温冰核浓度较高,并且低温冰核浓度较低时,对流催化风暴云可获得最高的人工增雨效果.在青海试验区的大气冰核谱环境下,火箭催化对流风暴云增雨有一定效果.对不同地区进行人工增雨作业时,了解清楚当地大气冰核的基本背景状况对于正确地评估播云效果非常重要.文中还给出了导致这些结果差异的物理解释.     

华南冷锋云系的人工引晶催化数值试验

在对华南2004年3月31日~4月1日的冷锋降水天气过程进行正确模拟的基础上, 通过向云中引入人工冰晶研究了催化效应, 结果表明: 催化使地面雨量在催化后30 min开始增加, 80 min时达到峰值, 120 min时减小到最小值。被催化的云团随着自然雨带逐渐向东南方向移动, 并且催化云影响其周围的云团, 造成了催化的下风方域外效应, 使催化效果可以延长到催化后10个小时, 随着自然云的消散而结束。人工冰晶的引入, 使得大量过冷雨滴快速转变为霰粒, 霰粒通过淞附云水和碰并雨滴过程增长, 使降水提前发展, 之后霰粒的融化使地面雨量增加。大量冻结潜热的释放, 使云中温度增加, 上升速度增强, 说明 “静力催化作用” 和 “动力催化作用” 是相互关联不可割裂的。在云体发展早期冷云降水过程还没有启动之前引入人工冰晶的催化效果优于云体发展接近成熟时的催化效果, 而只由催化剂量的不同造成的增雨差异较小。     

青海秋季对流云降水及催化过程数值模拟研究

利用CAMS三维对流云模式和青海省河南县秋季外场试验取得的资料，对自然云的发展演变过程进行了数值模拟试验。进一步就催化时间、催化剂量对增雨效果的影响进行了数值试验。结果表明，该地区秋季对流云降水主要为冷云降水，冰晶是霰产生的主要来源，冰霰自动转化是霰产生的最主要方式，冰晶与霰的碰并又促进了霰的进一步增长，霰是云中过冷水消耗的主要因素。人工播撒催化剂应在冰核活化过程大量开始以前进行，以达到增加冰晶浓度，消耗过冷云水，从而增加降水的目的。     

福建周宁水库地面暖云人工增雨作业效果分析

利用2012年4月至2013年8月期间在福建省周宁水库开展的地面烟炉暖云人工增雨试验资料,结合区域对比试验方法对每次暖云人工增雨作业进行效果评估,探讨暖云人工增雨的作业效果。结果表明：周宁水库开展地面暖云人工增雨作业的平均增雨量为51 mm;在西南暖湿气流影响下的暖云增雨效果最明显;采用多点及多时次暖云人工增雨作业方式,有利于提高人工增雨的作业效果。通过作业效果分析,地面烟炉暖云人工增雨技术适合于南方山区。