水滴合并、反跳和破碎的实验研究

设计一种用于研究水滴碰撞过程的小型垂直风洞,采用高速摄影技术可分析水滴碰撞后出现的各种现象。实验的结果表明碰撞后可出现:(1)合并,包括在尾流区的合并,指出连接结构以及碰撞角和碰撞速度的影响;(2)反跳;(3)暂时合并;(4)破碎,包括(?)铃式和袋式破碎以及破碎后大、小水滴之间的再碰撞。     

云滴的表面自由能统计分布理论

云中不同大小的水滴各占多大权重的问题,是云物理学的重要问题.人们常把它称为云滴谱,并已有不少观测事实.但至今还没有一个理论或学说对它作出某种程度的理论解释. 本文从表面自由能角度分析云滴谱问题,并且利用统计物理思想得出一个理论结果.它给出了云滴的多少与其半径之间遵守一个定量关系.     

激光造雨

最近英国正在研究激光造雨。其原理是:云层里的水滴微粒在激光射线作用下,会凝聚在一起,形成体积颇大的水滴,因此,在需要的地方就可以降雨了。这个作用的物理机制为:激光射线使小水滴中打出电子,使一部分小水滴带正电荷,而另一部分带负电。在静电力的作用下,带相反电荷的两种水滴互相吸引,融成一片。当这个过程重复次数足够多时,     

表面活性剂的可能催化作用

人工降水是人类向天气控制作尝试的最早项目之一。30年来,人工催化冷云的试剂名目众多,并且最近仍不断有新的催化剂诞生使用。但人工催化暖云却依然使用直接向云中撒播如盐粉这类吸湿性物质或大水滴这些传统方法。 根据暖云降水的机制,把吸湿性物质(例如盐粉)人工引入云体后,就能吸附云中水汽,变成溶液滴,溶液滴表面饱和水汽压比水滴小,所以在它的表面会吸附更多的水汽,即借助凝结增长逐渐变成大水滴,再经过与小云滴重力碰并而增大,最后雨滴在云内下降过程中形变,并在强烈的垂直气流冲击下破碎,产生“连锁”反应而形成降水。撒播大水滴也是在云中人工输入“雨种”,使这些雨种经过与盐     

K(o)hler方程的分析与修正

Kohler方程是云物理学中的一个基础公式,是云滴形成理论的重要组成部分。我们在研究中对Kohler公式推导和假设提出了一些疑问,如未考虑液滴生长过程中浓度、范德霍夫系数等变化对方程所产生的影响,并给出了解决方式,同时利用另一种推导方式讨论Kohler公式的应用,加强了Kohler方程与实际云滴核化过程的结合。     

KÖhler方程的分析与修正

KÖhler方程是云物理学中的一个基础公式,是云滴形成理论的重要组成部分。我们在研究中对KÖhler公式推导和假设提出了一些疑问,如未考虑液滴生长过程中浓度、范德霍夫系数等变化对方程所产生的影响,并给出了解决方式,同时利用另一种推导方式讨论KÖhler公式的应用,加强了KÖhler方程与实际云滴核化过程的结合。     

云中湍流特征及其在云降水中的作用研究进展

大气湍流是一种无序的、非确定性的大气运动,它可提高云滴碰撞效率,加速云滴增长速度,在云和降水形成及发展过程中起着十分重要的作用。本文综述了国内外近60 a来云中湍流的研究进展,重点介绍了云宏微观结构特征及云中湍流对云滴碰并增长方面取得的研究成果,以期为进一步观测研究云动力学过程、完善湍流-云微物理相互作用理论及优化云参数化方案提供重要参考。     

雷雨云极化降水起电机制的一种计算

本文用一个与时间有关的数值模式,采用极化降水起电机制,模拟雷暴和雹暴中电场增长过程。 计算结果指出,冰雹碰撞冰晶起电率最高,在2—26毫米/时降雹强度形成后约200—750秒内能够产生触发闪电电场,最大电场甚至可达7000伏/厘米。雨滴碰撞云滴起电较弱,但若有足够的起电时间(500—1700秒),也能产生4000伏/厘米左右的电场。产生足以触发闪电电场的临界降雨率是3毫米/时,和实测相符。冰雹碰撞云滴起电,在云滴浓度较高时,有较大起电率。 不同的云滴浓度,可以有差异很大的起电结果。较低的云滴浓度,即便有很强的降雨率也不能产生闪电,这也符合观测结果。 在云中达到的实际最大电场约为4000伏/厘米时,降水元仍有很大降落速度,并不悬浮。电场力对电场增长的抑制作用以及小冰晶的反向电流作用可以忽略。计算得到的单个雹粒电荷量约为-100—-400微微库仑(2—3毫米半径),雨滴电荷为-3—-10微微库仑(0.8毫米半径),和飞机实测结果相符。 云体初始电状态可以改变达到最大电场值的时间,而对电场值影响很小。     

对熵原理得出的理论云滴谱方程的验证

一、问题的提出云滴谱分析是云物理学和人工降水研究的重要内容之一。过去较多地研究由碰并或破碎过程造成的云滴谱变化,而缺少对没有发生碰并前的云滴初始谱的理论研究。张学文同志首先把熵增加原理应用于碰并前的云滴谱研究中,推导出一个具有     

一次延安层状云微物理结构特征及降水机制研究

利用PMS资料对延安2003年9月17日降水性层状云各高度上的粒子特征量和粒子谱进行了分析研究,结果表明,降水性层状云宏微观垂直结构配置或云粒子主要特性可以分为5个层次。过冷水滴和冰晶共存层存在,冰晶快速增长,此层的存在可能是发生降水的关键;在0℃层以下,存在比较深厚的云滴浓度小、含水量较小的小云滴层,应是导致地面雨强较小的重要因素之一。     

WMO关于人工影响天气现状的声明

世界气象组织执委会人工影响天气专家小组于1981年5月发表了《人工影响天气现状声明》(以下简称《声明》),对目前人工影响天气的能力,各类人工影响天气诸如影响冷、暖云降水,消除冷、暖雾,消雹,削弱热带气旋,消闪电等的方法、效果和问题做了简要的总结和评述。 《声明》的序言指出,通过直接与大气中的能量相抗衡来大范围影响天气,现在还是做不到的。但是,可以找到天气系统中的一些不稳定因素,通过较小的扰动来影响自然演变过程。例如层状云里往往有大量云滴能长时间存在,但它们既不长大,也不沉降。在这类云里若引进凝结核或水滴,就会加剧碰撞,使水滴迅速长大,由此产生降水。又如在冷云中引进冰核或冰晶,可以使大量细小的过冷却水滴消耗,而导致冰晶的迅速增长,并释放出大量的潜热,从而增加云中     

水滴重力碰并增长近似公式的研究

一、引言在降水机制或滴谱形成理论的研究中,无论是积状云还是层状云;无论在均匀条件下或是起伏环境中,都不可避免地要涉及到水滴重力碰并增长问题。在许多理论研究和模拟实验中,考虑水滴重力碰并增长过程,都要用水滴增长到某种大小所需的时间。但由于水滴下落末速度与其直径间的解析关系至今不明确,因而,在重力碰并下,水滴增长到某种尺度所需的时间也不能用解析式表达。这给降水机制,滴谱理论等的深入研究造成一定的困难。例如,在起伏条件下,经     

人工防雹

一、冰雹 (一)冰雹的形成: 冰雹也叫“雹子”,是从雷雨云中降落的,可以说雷雨云就是冰雹的“加工厂”。下冰雹的雷雨云(雹云)比一般的雷雨云发展得更旺盛,云中的对流更强。由于雹云内上升气流特别强,不但小云滴,而且大云滴也会被它带着上升。云滴在上升过程中,互相碰撞合并,逐渐变大,当上升到一定高度时,就开始冻结形成雹核,然     

爆炸对云滴碰并增长的实验研究

在2m3云室中进行了一组研究爆炸对云滴碰并增长影响的试验。用一个模拟爆炸源产生冲击波，通过沉降取样和FSSP观测爆炸前后的滴谱变化。沉降取样结果表明，在爆炸声压级130 dB作用后的2分钟内，滴谱变宽，较大云滴浓度增加。从室内试验看，爆炸冲击波似乎能促进云滴的碰并过程。本文结果为爆炸对暖云影响提供了一种可能的解释。     

起伏条件下云雾的重力碰并生长

云雾中的气象要素和云雾物理量经常有着起伏,因此研究重力碰并在这种起伏条件下如何使云滴生长,从而形成滴谱,是很必要的。本文对云中小水滴浓度(或含水量)有起伏时的云雾滴生长进行了计算,得到了云滴的一种理论分布。由此可以看出,在起伏条件下,云滴生长是比较快的。在比较短的时间和比较薄的云中有可能形成相当大的云滴,即半径50μ乃至100μ以上的云滴。因此在均匀条件下,凝结生长和重力碰并增长中的所谓“生长障碍”区(云滴半径在20—30μ左右)也就不存在。     

湖北地区一次雷暴云电荷结构和放电特征的数值模拟研究

在三维强风暴动力—电耦合数值模式中引入非感应起电参数化方案、感应起电参数化方案以及放电参数化方案,对湖北宜昌2014年6月19日一次闪电过程中雷暴云电荷结构和放电特征进行了模拟分析。模拟结果表明,当云内粒子增多、增大,大部分霰粒子逐渐降落到中低层,上部正电荷区减小,底部正电荷堆范围开始扩大,中部负电荷区和底部正电荷区成为主要的起电区域,这种底部正电荷区较厚的三极性电荷结构不利于地闪的产生。在粒子带电分析中,霰与冰晶粒子携带的电荷量均大于云滴,说明霰与冰晶之间非感应碰撞是云中主要的起电过程。虽然云滴的电荷量较小,但霰与云滴之间感应碰撞的作用不可忽视。结合电荷结构的分布,发现底部正电荷堆的垂直分布高度与霰粒子、云滴的电荷浓度的分布有关,且霰与云滴电荷浓度的累积区与底部正电荷堆相一致。     

云粒子起电原因探踪

云里的电是怎样形成的 ?这种带电的云 ,气象上称“积雨云” ,俗称“雷雨云”。近 2 0 0多年来 ,有很多科学家用各种方法研究过雷雨云的起电过程 ,不断地积累着新的资料。到目前已经可以做出结论 :云的顶部带正电 ,云的下部带负电。并根据对云里的电进行多方面的研究 ,对于云里电荷的产生和有规律地分布提出了很多看法。在研究了水的电学性质后 ,有人提出了云滴有选择地吸收大气中负离子而起电的看法。因为大气中永远存在着大量的正离子和负离子 ,由于水滴本身电荷的分布 ,使它将优先选择负离子 ,从而使自己带负电。根据这种理论 ,在一个小水…     

云滴谱湍流拓宽和暖雨形成过程:综述（英文）

研究目的:介绍暖云降水之谜,总结湍流起伏和夹卷对云滴谱拓宽和暖雨形成过程的影响,包括观测、实验、模拟和理论方面取得的成果。重点阐述我国上世纪五六十年代在湍流起伏方面的突出成绩。重要结论:过饱和度、云滴数浓度、含水量和垂直速度等的起伏对凝结和碰并过程有显著影响。中国和俄罗斯科学家最早把随机凝结过程引入到云物理研究中。夹卷过程可能是暖云降水之谜的一个解。系统理论表明:湍流强度越大,云滴谱越宽。     

吉林省一次层状云降水宏微观特征的观测研究

利用长春2004年7月5日一次降水过程的飞机观测资料,结合天气图、卫星云图及雷达回波等资料,综合分析了本次热带气旋影响下降水过程中云系的宏微观特征.研究表明,降水性层状云微观垂直结构配置可以分为4个发展层:云顶附近是核化和凝华增长区;-4～-7 ℃为云滴和冰粒子活跃增长层;0～-4 ℃为固态粒子聚合及云滴蒸发层;0 ℃层以下是雨滴碰并增长和云滴凝结增长区.2D-P观测的粒子的平均直径、最大直径、峰值直径的峰值集中在融化层附近,与融化层回波亮带对应.用同一种形式的密度分布函数N(r)=mrfexp(-ar br2-cr3)来拟合暖层小云滴、大云滴和雨滴的谱分布,拟合结果与观测的谱分布吻合较好,拟合出的平均直径、均方根直径、数浓度以及含水量与观测值也较接近,相对误差小.     

大气电场中水滴表面电应力的理论计算及实验探讨

在雷雨云中,雨滴在强电场作用下产生变形和破碎的放电过程,是与闪电的形成和发展密切相联系的。因此,大气电场中水滴表面应力的理论计算和分析,是受到广泛重视的研究课题。1964年泰勒(Taylor,G.I.)分析了电场中水滴破碎的问题,在泽伦(Zeleny,J.)、威尔森(Wilson,A.T.)和麦基(Maocky.W.A.)、罗兰(Nolan,P.J.)等人工作的基础上,提出了水滴呈旋转长椭球和呈圆锥状突起时的应力平衡方程。在泰勒等人的工作中,对水滴表面所受电应力的计算分为两种情况。一是水滴本身带电,而无外电场:另一是有外电场,但水滴本身不带电。显然,实际大气还存在既有外电场,同时水滴又带电荷的第三种情况。本文针对上述问题,提出了在均匀电场中,存在长椭球状带电水滴时,在水滴外空间的电势分布表达式,并给出水滴表面电场强度和所受电应力的计算公式并对有关实验进行讨论。