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本文对超声速气流触发过冷水雾核化的机制进行了实验研究，对影响冰晶产生的各种气流参数进行了细致测量。实验结果表明超声速气流的快速绝热膨胀的冷却作用是促使大量冰晶产生的确切机制、高速运动气体与环境静止空气的剪切混合作用以及边界层的涡旋冷却作用对冰晶产生亦起着不可轻视的作用。实验测得单位质量空气的成冰率为1011～1012个／克。用高纯度氮气代替空气得到类似结果。 相似文献
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在温度为0—12℃并悬浮有雾滴的冷箱中测量了超声速气流的成冰率ρ_(io)结果表明,在马赫数1.1—1.84和总压小于6个大气压范围,ρ_1介于10~(12)-10~(12)g~(-1)。结果还表明,ρ_2随马赫数和总压增大以及环境温度降低而缓慢增加。这些结果与超声速气流膨胀理论所表明的规律相一致。 对冰晶形成机制分析表明,超声速气流中的水汽均质核化(凝结-冻结)是产生冰晶的主要过程。本文指出,超声速气流用于飞机人工影响天气具有价廉、无污染、简便和长距离作业等优点。根据实验提供的数据,发展一种新的人工影响天气新技术是可能的。 相似文献
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为研究雪增长过程,建造了一个产生过冷云的垂直风洞。风洞高18米,工作温度可低到-25℃。由超声喷雾器提供过冷小滴,用压缩空气的自动绝热膨胀来产生冰晶。对系统的运行可事先编好程序。注入下种冰晶后,降雪可持续约20分钟。在风洞中成功地生长出各种形状和大小的雪晶,包括直径2毫米的枝状雪晶和直径大于4毫米的雪花。 相似文献
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过冷雨水低含量条件下冰雹形成和增长机制及其催化效果的数值模拟 总被引：11，自引：5，他引：11
利用中国科学院大气物理研究所开发的三维全弹性冰雹云模式，对美国对流降水协作试验（CCOPE）期间观测的1981年8月1日雹云进行模拟，讨论在过冷雨水低含量条件下冰雹形成和增长机制及其碘化银催化效果。结果表明:(1) 自然云的模拟与观测事实一致，如最大上升气流速度、云顶高度、流场结构以及雹胚组成等。(2) 雹胚以霰为主，霰主要来自冰雪晶与过冷小水滴的碰冻，其次来自雪的积聚转化；霰、冻滴和冰雹在形成后主要靠碰并过冷云水增长。(3)人工催化试验表明，碘化银主要以凝华核（包括凝结－冻结）的作用产生大量的人工冰晶，加速了过冷水向冰晶的转化，过冷云水因而大量减少；催化后霰和冻滴的数浓度增大，对过冷云水的竞争增强，其平均尺度减小导致转化成雹的数量减少；冰雹碰冻过冷云水的增长在催化后也被削弱，导致冰雹总质量进一步减少。此外，催化后降雨量也显著减少。 相似文献
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大气中经常存在着由过冷水滴组成的云,这种过冷却的水云中没有冰晶时,它是相当稳定的。伯吉隆(Bergeron)和芬德生(Findeisen)提出的冰晶效应学说(一旦出现冰晶与过冷水滴共存时,水滴蒸发而冰晶增长,水分从水滴转移到冰晶上),成为近代人工播撒冷云降水的理论基础。与向过冷云中引入冷云成核剂(即人工冰核)制造适量冰晶时,便产生冰晶效应,于是水滴蒸发而冰晶增长,达到一定大小后开始下 相似文献
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中央高空观象台(以下简称“观象台”)从1949年开始,对人工影响云、雾进行了系统的研究.以下分别介绍自开展这一工作二十五年以来各方面的进展情况. 1.人工消除过冷低云和雾的研究第一阶段,在实验室试验中研究了干冰和碘化银对云雾的影响,并测定了有效阈温.与此同时,在各种不同的气象条件下,在不同的地理区域进行了外场试验.试验结果证明此方法具有较高的效率;确定了用干冰来驱云消雾的有效阈温为-3℃;并得到了各种温度条件下的最佳剂量值. 利用这些实验资料进行了科学原理研究:(1)研究过冷云雾中引进干冰后,冰晶胚胎的形成机制.确定外界环境参数和催化剂播撒方法对成冰效率的影响,得出不同温度下每克催化剂的冰晶胚胎输出率.(2)研究过冷云雾中人工冰晶化的传播过程.研究结果阐明了影响传播速度和形成的消散区宽度的气象参数.研究表明,催化剂的剂量对人工冰晶区的传播速度及其最终宽度的影响比较小. 相似文献
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自然云中冰晶生成的核化过程及雪晶对过冷云滴的撞冻 总被引：4，自引：2，他引：4
鉴于冰晶过程在自然降水形成中的作用十分重要,对冰晶形成的物理过程曾进行过大量研究。由于自然云中冰晶的生成受大气热力、动力学条件及微物理过程等多因子制约,因而在自然云中研究冰晶的形成过程有很大困难,至今有关冰晶生成的核化过程的外场研究仍极少。室内实验可以在控制某些云物理条件下进行,但有些条件(过冷云维持时间、过冷云滴谱等)很难进行逼真的模拟。雪晶对过冷云滴的撞冻是雪粒子的重要增长过程之一;有关雪晶对过冷云滴的撞冻效率,已持续进行多年的室内实验与理论研究。这些研究工作中,都对雪晶形状做了不同程度的简化,对自然云中的雪晶撞冻过程的研究仍极少。 相似文献
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东北冷涡中尺度云系降水机制研究 II: 数值模拟 总被引：1，自引：1，他引：0
在利用卫星、雷达和机载PMS(粒子测量系统)等观测资料对2003年7月8日东北冷涡积层混合云系的降水形成机制分析的基础上,将观测分析与数值模拟研究相结合,用中尺度数值模式对积层混合云系做数值模拟,并结合观测资料进一步分析了积层混合云系的微物理结构、粒子形成过程和降水形成机制,获得如下结果:(1)混合云中对流云具有分层的微物理结构.冰晶含水量最大值出现的高度最高,其次由高到低的排序是雪、云水、霰和雨;雨水主要出现在云的暖区;各种粒子中以雨水含水量最高,其次是霰.对流云体生命期较长,微物理结构基本稳定.(2)粒子形成增长过程有差异.冰晶通过凝华过程增长.雪主要来源于冰晶,产生后主要通过撞冻、收集冰晶和凝华过程增长,其中撞冻过冷云水增长对雪质量贡献最大,其产生率极大值高度与过冷云水相当.丰富的过冷云水,给雪的撞冻增长提供了有利条件.在高、中和低层雪的形成有着不同的机制,高层雪收集冰晶长大后,下落到低层又以雪撞冻过冷云水的结淞增长为主要过程.霰主要由雨滴冻结和雪的转化产生,过冷雨滴与冰晶接触冻结成霰;过冷雨滴收集雪,雪随着雨滴的冻结而转化成霰.因此霰的产生与过冷雨滴关系极大.霰主要撞冻云水、收集雪和冰晶增长,其中撞冻是霰的重要增长过程.雨水主要由霰的融化形成,降水主要是由冷云过程产生的.在过冷层,霰撞冻增长占优势.云上部的冰晶和雪对云的中部具有播撒作用,过冷层中存在丰富的过冷水,对冰相粒子的撞冻增长有利.对云水消耗的分析表明,雨滴对云滴的收集、霰和雪对云水的撞冻增长是消耗云水的主要过程.(3)从各种粒子的形成和增长过程可以看出,大部分雨水由霰融化形成,暖云过程贡献要小得多.可见,降水主要是由冷云过程产生的,这与观测分析的结果一致. 相似文献
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冷云中冰晶浓度的分布特征 总被引：2，自引：0，他引：2
本文分析了世界气象组织于1981年在西班牙进行的增雨计划试验中法国飞机取得的云微物理资料。结果表明:(1)积云、层积云、雨层云中冰晶浓度值均可达10~2—10~3/升量级,其数值大小与云型无关,与云有无降水产生无关。(2)无论降水云或非降水云中在-3—-7℃范围内均出现高浓度冰晶,而在降水云中另外还存在二个冰晶高浓度区,处于-9—-12℃及-17—-19℃范围内。(3)发现在-3—-7℃温度范围内同时有大的软雹及大量的小冰针,並有相当数量d≤15μm和d≥24μm的过冷水滴存在,由此可认为-3—-7℃范围内出现高浓度冰晶可能是由于碎裂次生机制作用的结果。(4)产生降水的云,其云底温度与云顶温度之差值都达到或大于15℃ 相似文献
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ＯｎＭｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆＮｕｃｌｅａｔｉｏｎｏｆＩｃｅＣｒｙｓｔａｌｓｂｙＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃＣｏｏｌｉｎｇＨｕａｎｇＳｈｉｈｏｎｇ（黄世鸿）；ＱｉａｎＣｈａｎｇｇｕｏ（钱昌国）；ＷａｎｇＷｅｉｍｉｎ（王伟民）；ＬｉＲｕｘｉａｎｇ（李如祥）（Ｄ... 相似文献
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冰雪晶碰并勾连成雪花或雪团的过程是降水的重要机制之一。冰雪晶形态不同导致各类晶动力特性的差异, 因此, 无论从理论、数值试验还是室内模拟研究这一过程都有很大困难。该文就室内、外场试验和自然云的观测, 讨论分析其发生机理和条件。结果表明:冰晶的增长过程有一个与云滴碰并增长相似的加速过程, 冰晶碰并过冷滴形成霰 (雹胚), 凇附长成冰雹; 冰雪晶相互碰并勾连、攀附增长为雪花或雪团, 都是降水质点加速增长的重要过程。此过程仅在水面饱和、过饱和条件下发生, 而水面欠饱和、无液滴 (无云) 时, 冰晶很薄、晶型简单, 无碰并勾连、攀附现象。冰晶在液滴存在的云雾中伴随气流对流、乱流运动中接触碰并勾连成雪花或雪团, 其碰并勾连效率既受晶体形状影响, 亦受晶体表面附着力的影响, 其机制有勾连亦有粘连, 晶型多样, 以相同晶型为主, 温度范围广 (-3~-17 ℃); 其中-13~-17 ℃碰并勾连效率最高, 该层的枝、星状晶是勾连、攀附的主要区域, 亦为冰晶繁生的主要区域、生长率最快, 是人工增雨播撒人工冰核催化效率较高的温度段。 相似文献
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A thermomechanical model of ice flow in West Antarctica 总被引：5，自引：2，他引：3
A. J. Payne 《Climate Dynamics》1999,15(2):115-125
This study uses a three-dimensional thermo-mechanical model to investigate the internal flow dynamics of the West Antarctic
Ice Sheet (WAIS). The model allows ice thickness, flow and temperature to interact freely. Its domain is prescribed as that
of the present-day grounded WAIS. Realistic present-day climatic and topographical boundary conditions are employed. The analysis
of a series of experiments pays particular attention to the location and dynamics of concentrations of ice flow (ice streams).
Underlying topographic troughs are crucial in determining the strength and location of these concentrations of flow. The flow
pattern generated by subglacial troughs is made more distinct by the inclusion of ice flow/temperature coupling. The inclusion
of sliding leads to the generation of limit cycles in the ice flow. They are concentrated around the present-day ice streams
B and C of the Siple Coast and have a period of 5 to 10 ky. There appears to be competition between several preferred ice
flow pathways in this area. The two end members of the flow regime are a strong ice stream C with a weakened ice stream A/B
complex, and strong ice streams A and B with a dormant ice stream C. Ice streams appear to require ice discharges above a
certain threshold in order to maintain frictional heat generation and fast flow. Individual ice streams can therefore interact
through changes in catchment-area size: a reduction in catchment area reduces the volume of ice entering a stream and can
cause stagnation as the amount of frictional heating falls.
Received: 22 July 1997/Accepted: 27 July 1998 相似文献
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Ines Hoog Subir K. Mitra Karoline Diehl Stephan Borrmann 《Journal of Atmospheric Chemistry》2007,57(1):73-84
In laboratory experiments the interactions of ammonia with ice crystals were studied within the temperature range between
0 and −20°C. In a first series of experiments dendritic ice crystals were grown from water vapor in presence of ammonia gas
in various concentrations between 4 and 400 ppbv. In a second series of experiments pure ice crystals were exposed to a humidified
ammonia–air mixture inside a horizontal flow tube. The influence of temperature, ammonia gas concentration (0.6, 1.5, and
10 ppmv), exposure time, and the presence of impurities such as sulfate on the ammonia uptake by the ice surface was investigated
by determining the ammonium content in the melt water of the ice crystals by ion chromatography. During the growth of ice
crystals significant amounts of ammonia (around 200 μg/l) were taken up even at small gas concentrations. In contrast, even
at high gas concentrations the uptake of ammonia by non-growing ice crystals was lower by approximately one order of magnitude.
The presence of sulfate on the ice surface affected an enhanced uptake of ammonia by a factor of 5–10. A model is presented
which describes the uptake of ammonia by ice considering the chemical processes occurring in the ice surface layer and simultaneous
diffusion of ammonia into bulk ice. Even the increased uptake of ammonia by growing ice is rather small compared to the uptake
by water droplets; thus, the major process for scavenging of ammonia from the atmosphere via the ice phase might not be the
direct uptake by ice crystals but the riming involving super-cooled droplets containing ammonia. 相似文献
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利用Bigg型混合云室对2003年10月5—26日青海省河南县的地面大气冰核进行了观测, 并将结果同该地区前两年的结果以及其他高原地区的观测结果进行比较, 发现: ①该地区大气冰核的平均浓度高于往年, 冰核浓度随温度降低而增加、斜率小于该地区前两年的观测, 冰核平均浓度的分布更加趋于集中; ②由于霰和高原夜雨的经常出现, 降水对冰核浓度有不确定的影响; ③冰核平均浓度与气压和湿度分别呈现反相关与正相关趋势; ④风对冰核浓度有影响, 低温核随风向的变化比高温核大; ⑤人类活动对冰核浓度也有影响。 相似文献
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膨胀云室可形成水汽、水面和冰面过饱和环境,是研究气溶胶粒子、人工影响天气冷暖催化剂核化过程和机理的重要实验设备。但长期以来,我国缺乏装备先进云雾粒子谱和图像测量系统的膨胀云室。2019年完成的我国自主研制的膨胀云室系统由云室主体、控制系统、通讯系统及环境和云雾测量系统4个子系统组成。该系统首次采用了国产云粒子谱仪和成像仪测量系统。测试结果表明:该云室具有良好的温度和压力控制能力,平均降温速率达到0.26℃·min-1,温度分布均匀,-40℃时舱内温差小于0.29℃;膨胀造雾过程4 min,雾可维持4 min,雾滴较小;可以实现从室温到-50℃低温环境的控制,具备压力膨胀成云雾模拟和微物理参数监测能力,解决了我国缺乏气溶胶粒子和暖云催化剂室内实验装备的状况,对验证暖云催化剂核化性能和提高暖云人工增雨科技水平有重要价值。 相似文献
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Theories to describe the structures and properties of ice surface were critically examined. Misconceptions were clarified in regard to treatment of the liquid-like layer that is expected to exist on the surface of an ice crystal below 0°C, 1 atm under equilibrium. It was shown that the pressure in the surface layer, not the surface free energy, is responsible for the formation of the liquid-like layer. Transformation of this layer into transitional liquid layer under ice-supersaturated conditions of the environment and the roles played by the latter layer in non-dendritic and dendritic growth of ice crystals were explained. 相似文献
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A warm on-ice air flow from the open water over the Arctic sea ice in the Fram Straitwas, for the first time, systematically measured on 12 March 1998 by aircraft in thelowest 3 km over a 300-km long distance. The air mass modification and the processesinvolved are discussed.Over the water, air temperature was lower than water temperature so that a convectiveboundary layer (CBL) was present as initial condition. As soon as the CBL passed theice edge, a shallow stable internal boundary layer (IBL) was formed. In the residual CBL, turbulence and pre-existing convective clouds dissolved within about 20 km. Within about the same distance, due to the transition from unstable to stable stratification, the influence of surface friction increased in the IBL and decreased above the IBL with consequent generation of a low-level jet at IBL top. The IBL was strongly stratified with respect to both temperature and wind. The wind shear was around 0.1 s-1 so that the Richardson number in the IBL was subcritical and turbulence was generated. The IBL top grew to about 145 m over 230 km distance. The growth of the IBL was not monotonic and was influenced by (a) inhomogeneous ice surface temperatures causedby both different ice thickness and changes in the cloud conditions, and (b) leads in theice deck. At the front side of the on-ice flow, the air mass boundary between the warmair and the cold Arctic air was sharp (12 K over 10 km) at low levels and tilted withheight. Observations suggest that the stratified IBL was lifted as a slab on top of thecold air. 相似文献
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利用L波段探空资料的相对湿度值及温度值计算水汽压时,由于探空测量的是相对于水面的相对湿度,只能用相对于水面的饱和水汽压公式来计算,低温时用相对于冰面的饱和水汽压公式计算水汽压可能不正确.对水相和冰相的不同处理所带来的偏差进行了分析和讨论.以CIMO规定的温度-45℃和0℃为界,分别计算了用相对于冰面的饱和水汽压公式和相对于水面的饱和水汽压公式得到的水汽压值,并进行了比较.结果表明,在计算实际水汽压的过程中,用不同的饱和水汽压公式所产生的绝对偏差虽然不大,但相对偏差最大可能达到50％,不容忽视,对确定对流层上部的气候效应可能产生影响. 相似文献