一次层状云人工增雨过程的数值模拟研究

模拟分析了河南南阳一次层状云人工增雨过程的自然云和催化云的微物理过程.结果表明自然云内冰晶含量很少,冰相过程不活跃,消耗水汽较少,大滴形成较为困难,降水效率低,降水强度出现过2次峰值.通过对自然云的模拟分析可以得出合适的催化部位,一般在过冷水含量较大,温度较低,云稳定维持阶段(模拟第52分)开始播撒,催化位置为(18 ...     

初始冰晶浓度对雷暴云微物理和起电过程的影响

为了研究雷暴云中高温区次生冰晶浓度对雷暴云微物理过程和电过程的影响,根据模拟个例的地理位置,更新了原有的三维强风暴动力-电耦合数值模式中的初始冰晶核化公式;并在模式中的-5℃温度层结上均匀播撒了3.0 km×3.0 km×0.5 km的低中高三组浓度的自然冰晶,从而影响了云中次生冰晶的产量。结果表明:1初始冰晶的播撒量与次生冰晶的产量呈正相关;2繁生冰晶的增加使得云中冰晶粒子分布区域向雷暴云上部发展,霰粒子分布区域向雷暴云下部发展,从而增加了雷暴云中冰晶和霰的混合区域;3高播撒的初始冰晶会改变闪电的出现时刻并使得闪电频次明显增多。模拟中算例2和算例3闪电分别增多了24.4%和46.9%。     

六种微物理方案对湖北一次强对流过程的数值模拟

利用中尺度数值模式WRF(weather researchforecasting model),选定六种微物理方案(Lin、WSM6、WDM6、Morrison、Milbrandt-Yau、NSSL),对发生在2007年4月15日湖北地区的一次强对流天气进行模拟,对比分析了各方案所模拟出的降水差异及成因。结果显示:六种方案模拟出的降水区域均偏西,其中Milbrandt-Yau方案降水偏少,其余五种方案则偏多;不同方案所模拟的云中微物理结构不同,云中冰相过程的发展很大程度上影响了降水强度,降水主要来源于大的雹霰粒子下落融化。雹霰粒子半径不同是引起降水差异的主要原因,大粒子含量高,则会产生较强的降水;反之,则降水较少。     

云微物理方案对一次高原切变线暴雨过程数值模拟的影响

利用中尺度数值模式WRF v3.8.1中的16种云微物理参数化方案,对2014年8月26—27日川渝地区的1次高原切变线主导下的暴雨过程进行了数值模拟对比实验.结果表明:WRF模式能够较好地模拟本次切变线强降水过程,总体来说NSSL 2-moment方案的模拟效果最好.但不同云微物理方案对于不同量级降水的模拟各有优势,NSSL 2-moment方案对大雨及暴雨的模拟效果最好.在主要降水区,各方案模拟的逐小时降水量的峰值均滞后于实况并且突发性更强,NSSL 2-moment+CCN方案在此区域模拟的累积降水量与实况最为接近.云中水成物含量的模拟结果显示,模拟降水较多的方案中其雪粒子含量也较多,而雪粒子不仅在其凝结过程中的潜热释放有利于对流活动发展,并且亦可以通过融化过程促进降水.而对于暖云降水部分,能够到达地面的雨水粒子含量的模拟在各方案中并无显著差异.     

层状云微物理结构演变特征的个例研究

在人工增雨作业的同时,利用机载粒子测量系统对一次降水云系的探测资料进行了深入分析,给出了云和降水的宏微观结构演变特性,研究表明：（１）层状云中的中小尺度降水云区,是造成地面降水分布不均匀的物理原因;（２）云滴浓度与平均直径之间呈负相关关系;（３）支滴谱的垂直分布是典型的３种类型;（４）层状云微结构在水平方向上的起伏较大,存在４种不同类型。     

不同冰核核化过程对雷暴云微物理过程和降水的影响

基于已有的二维对流云模式,加入一种新冰晶核化参数化方案;并通过对不同冰晶核化方式进行模拟对比,探讨不同冰晶核化过程对云内微物理过程及降水的影响。结果表明:考虑气溶胶异质核化作用以及均质冻结核化与异质核化的竞争关系后,地面降雨明显延后,地面累积降雨量减弱,降雨整体受到抑制。通过对微物理过程分析发现,主要有两个成因。异质核化过程的加入,导致冰晶特别是在高温区快速增长,加剧了云水以及水蒸气的消耗,致使云水碰并效率降低,抑制了雨滴的碰并增长;云滴和雨滴含量的减小减弱了其与霰粒子的碰并效率,霰粒子增长变缓,下落末速度降低,霰融化过程明显滞后。     

云内辐射传输过程对对流降水过程的影响

模拟并讨论了云内辐射传输过程对积云暖云过程和积云冷云过程中的影响.计算结果表明长波辐射使云顶冷却、云底加热,使得整个云体的垂直温度梯度加大,促进了云内的对流运动;短波辐射对云顶加热作用抑制了云中的对流运动.对暖云过程,辐射传输方案的引入,使云水、地面降水量都有不同程度的增加,其中,仅考虑长波辐射传输过程时的增加更显著.对冷云过程,长短波辐射的不同作用更为明显:仅考虑长波辐射时,云中的霰量增加;同时考虑长短波辐射时,云中霰量减小.与不考虑辐射过程相比,仅考虑长波辐射传输,可以使地面降水量有不同程度的增加;同时考虑长、短波辐射传输,可以使冷云的地面降水量减少,而使暖云的地面降水略有增加.     

云微物理参数化方案对青藏高原一次对流云降水模拟的影响

利用WRF V3.9.1中尺度数值天气预报模式(mesoscale numerical weather forecast model,WRF)7种云微物理参数化方案,对2015年8月13日青藏高原那曲地区一次对流云降水过程进行数值模拟,对比分析不同云微物理参数化方案对降水、环流以及相关物理量模拟的影响.结果表明:WRF模式能够较好地模拟本次对流云降水过程,但不同云微物理参数化方案对降水、环流场等物理量的模拟有明显影响.在降水落区方面,各方案模拟的雨区范围普遍偏大,仅Lin和CAMS方案较好地模拟出那曲中部的降水中心,而对于降水量,除WSM5、Morrison和New Thompson方案模拟值偏低外,其余方案模拟结果与实况值较为一致.此外,不同云微物理参数化方案模拟的降水日变化同样存在差异,大部分方案能够再现本次降水过程的前两次降水峰值,但均未能模拟出第3次降水峰值.对于大气环流和水热物理量场,各方案也可较好地再现其基本特征,但方案间的差异不可忽视.总体来说,Lin方案对本次高原对流云降水过程降水以及环流等相关物理量的模拟效果最佳.     

西藏那曲一次对流云降水及云微物理数值模拟

利用中尺度数值模式(WRF)对2015年8月13日青藏高原那曲地区一次对流云降水过程及云微物理特征进行了模拟.结果表明，WRF模式能够较好模拟本次对流云降水的落区、量级及其日变化等特征.本次对流云降水以冰相过程为主，冰晶粒子、雪粒子、霰粒子、云水粒子和雨水粒子由高到低依次分布，其中霰粒子含量最大.液态降水主要源于霰粒子的融化过程，暖雨过程中雨水和云水的微物理过程也对降水有一定影响.此外，位于高层的雪粒子通过冰晶的贝杰龙过程增长，之后通过碰冻过冷雨滴形成霰粒子胚胎，而霰粒子在上午依靠高层碰并雪和低层碰并过冷雨滴以及中层其本身淞附过程而增长，午后则通过中低层淞附过冷云水和碰并过冷雨滴过程增长.     

复杂地形影响冰雹云发展的数值模拟实验

采用复杂地形条件下,中小尺度冰雹云发生发展的二维数值模式,在ＶＡＸ机上定量计算了在１６种微物理过程作用下云中各水态含量及云中宏,微观参量的大小,并模拟了复杂地形的各种热力,动力条件下冰雹云随时间发生发展的演变规律,得出的结构与实际相一致。     

Physical effect of cloud seeding revealed by NOAA satellite imagery

The pioneering work on cloud seeding began in 1946,when Vincent Schaefer noticed that a small piece of solidcarbon dioxide (dry ice) can generate a large number ofice crystals on its falling path in a laboratory-generated data, which make the numerica…     

北京“721”特大暴雨云微物理特征分析

利用非静力中尺度模式WRFV3.2,结合LAPS数据融合系统同化多源观测资料,较好地模拟出了北京"721"特大暴雨的降水演变过程。在此基础上,分析了暖区及冷锋降水阶段的云微物理特征差异。研究表明:暖区降水阶段水物质中雪和雨水的含量明显高于冷锋阶段;水汽大量凝结为云水,进而被雪收集,是雪含量较高的主要原因;霰融化为雨水和雨水蒸发为水汽的正负反馈双重作用下,导致暖区阶段雨水含量明显高于冷锋阶段。     

北京一次降雪的云物理过程作用模拟

应用非静力平衡MM5 V3模式对2001年12月7日一次北京降雪过程进行了数值模拟试验，对云和降水物理过程的作用进行了初步分析。试验结果表明：本次降雪过程是从对流层上层形成冰核向下发展的，中高空的强低温和上升运动区与冰粒子及雪的分布基本吻合，为降雪的进一步发展提供了有利的条件。     

三门峡市2008年1月10—22日低温阴雪天气过程分析

通过天气背景、卫星云图、数值预报产品及新一代多普勒雷达产品,对三门峡市2008年1月10—22日低温阴雪天气过程进行了分析检验,结果表明:不断南下的冷空气和源源不断的暖湿气流是产生这次低温阴雪天气的根本原因;云顶亮温在低于-50℃时降水强度是最大的,而高于-20℃时降水强度则很小;降雪时雷达回波强度比较小,回波强度主要维持在15~20 d Bz之间;欧洲144~168 h的降温预报对三门峡本站具有很好的指导作用;相对湿度的预报和实况有很好的对应关系;提前4~5 d的欧洲风场形势预报有很好的可信度;24 h晴雨预报TS值,日本明显高于德国和T213,其中T213漏报较多;3~5 d降水预报TS值,T213优于德国和日本.在24 h分量级降水检验结果中,德国的TS评分高于日本和T213.     

Contribution of cloud condensate to surface rainfall process

Contribution of cloud condensate to surface rainfall processes is investigated in a life span of tropical convection based on hourly data from a two-dimensional cloud resolving simulation. The model is forced by the large-scale vertical velocity, zonal wind and horizontal advections obtained from tropical ocean global atmosphere coupled ocean-atmosphere response experiment (TOGA COARE). The results show that during the genesis, development, and decay of tropical convection, calculations with water vapor overestimate surface rain rate, and cloud condensate plays an important role in correcting overestimation in surface rain rates. The analysis is carried out in deep convective clouds and anvil clouds during the development of tropical convection. The surface rain rates calculated with water vapor in deep convective clouds and anvil clouds have similar magnitudes, the large surface rain rate appears in deep convective clouds due to the consumption of water hydrometeors whereas the small surface rain rate occurs in anvil clouds because of the gain of ice hydrometeors. Further analysis of the grid data shows that the surface rain rates calculated with water vapor and with cloud condensate are negatively correlated with the correlation coefficient of -0.85, and the surface rain rate calculated with cloud condensate is mainly contributed to the water hydrometeors in the tropical deep convective regime.     

扩展的正态云发生器

正态云模型是一种最基本的云模型,用于定性概念与定量描述之间的不确定性转换.根据实际定性概念的含义,可扩展为三角云、半正态云和正态组合云.将云模型的数字特征期望理解为函数或图形,提出函数云、分形云等扩展云模型.给出各种扩展云模型的云发生器算法,有效地扩大地云模型的应用场合.     

台风云系的数值模拟

利用高分辨率中尺度数值模式输出的大气中云水、冰水、雨水、雪水成功地模拟出1997年登陆台风Winnie的云系结构。模拟云图与气象卫星实际观测的台风云图非常相似。由于模拟云图可以给出大气中不同形态水物质的三维空间分布,弥补了卫星只能观测云顶表面的不足。模拟云图揭示出了台风云系中的中尺度云带以及台风Winnie登陆后从热带气旋变性为温带气旋过程中云系结构的变化。     

我国总云量时空特征及其影响因素分析

目的分析中国总云量的时空分布特征、变化趋势及影响原因。方法利用全国360个地面站1951~2009年地面月总云量观测资料,采用线性倾向估计和相关分析方法。结果总云量最多区域位于西南和华南地区,最少位于北部干旱少雨地区。约35°N以北总云量从南到北随纬度增加带状分布减少,此纬度以南同纬度东部云量多于西部云量。20世纪90年代以及21世纪前10年总云量减少最明显。总云量减少最明显的区域位于东北、西藏西南部以及山东、安徽北部地区。大部分地区总云量与太阳黑子相对数、降水量、相对湿度、最大积雪深度之间存在显著正相关关系,蒸发量与总云量存在显著负相关关系。结论我国总云量总体上呈减少趋势,气候因素对总云量变化有重要影响。