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雷雨云极化降水起电机制的一种计算 总被引：2，自引：0，他引：2
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。 相似文献
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层状云催化后过冷水分布与演变规律的数值模拟 总被引：4，自引：4，他引：4
在郭学良等(1999年)发展的层状云雨滴分档模式中加入冰晶繁生过程,模拟了碘化银和液态二氧化碳的催化效率以及催化后云中过冷水的分布与演变过程.结果表明:碘化银和液态二氧化碳在5200～5600 m高度上的催化效率相当,最大达到11.1%;液态二氧化碳在2600～3000 m高度层的催化效率明显增大,达到14.2%;模式云被催化后,云中云水含量在200 min都较未催化时增长0.05 g/m3以上,表现出云中过冷水被消耗后的恢复趋势;碘化银和液态二氧化碳对云体催化后,云中水汽含量减少0.5～2 g/m3,对过冷水的恢复作出贡献;催化过程使得模式云中雨滴浓度在210 rin时较未催化时减少73%,在240 min时较未催化时增加309%.得出了两点结论:(1)模式云被催化后,云中过冷水在200 rin表现出恢复趋势,云中水汽对过冷水的恢复过程作出了贡献;(2)在过冷水较多的区域播撒液态二氧化碳可以取得较好的催化效率. 相似文献
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利用2015-2017年河南省层状云降水过程的Parsivel(Partical Size and Velocity)激光雨滴谱观测资料,对层状云降水的雨滴数浓度、含水量、雨滴直径等微物理参量特征及不同尺度的降水粒子对雨强的贡献进行了统计分析,并采用2种拟合方法对层状云降水雨滴谱进行了拟合。结果表明:河南省层状云降水的空间结构不均匀,各微物理参量的变化存在着起伏,雨滴数浓度为102个/m3量级,个别达到103个/m3,含水量在10-2~10-1 g/m3,粒子平均直径<0.5 mm左右,统计的不同台站平均最大粒子直径为1~2 mm,雨强平均值不超过1 mm/h。直径为<2 mm的雨滴对雨强的贡献占96.23%,直径小于1 mm的雨滴对数浓度的贡献最大。雨强是由雨滴最大直径、平均直径和数浓度3者共同决定。层状云降水雨滴的谱分布较窄,滴谱曲线比较平滑。降水开始时,谱型为单峰结构;降水处于稳定阶段时,谱型为双峰和单峰相结合的结构。层状云拟合M-P分布和Г分布偏差均出现在直径<1 mm的小雨滴端,对于微小粒子随直径增大而增多导致的曲线弯曲没能表现出来,相对而言Г分布拟合效果明显略优于M-P分布的拟合效果。河南省层状云降水的2种分布形式分别为N(D)=7373.9exp(-3.67D)和N(D)=10492.05D1.62exp(-5.11D)。 相似文献
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本文对30次暖性阵雨的35000多个雨滴的大小和电荷量进行了测量,并根据阵雨的强度分析了电荷谱的情况。结果表明:带正电雨滴的百分比随雨滴的增大而增大,也随阵雨强度的增强而增加。雨滴电荷的分布是不对称的,正电荷的分布总是比负电荷来得宽,且当电荷值较小时以负滴为主,而当电荷值较大时,则正滴明显占优势。在一部分观测时段中,测站附近的火山爆发。它对雨滴电荷的影响是使电荷分布变窄,带大电荷的雨滴比例下降。本文用暖云中雨滴形成时离子与雨滴的相互作用的起电机制来讨论和解释上述结果。 相似文献
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华南冷锋云系的人工引晶催化数值试验 总被引：13，自引：3，他引：10
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。 相似文献
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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 相似文献
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该文介绍了地面雨滴谱观测方法的研究, 通过增大取样面积、增加辅助观测手段, 改进了传统的滤纸取样法, 设计出图像自动识别软件应用到雨滴谱资料的处理中, 这种方法不仅可以增加观测的样本数, 以获得稳定的雨滴谱资料, 而且有利于资料的相互配合与分析。对其图像的位置变化、形状改变、滴谱重叠等情况进行验证以及对计算结果进行误差分析, 雨滴谱资料中的单个滴谱图像位置变化和形状变化对图像识别后的结果没有影响, 自动图像处理程序运行结果稳定可靠。程序在处理不粘连的滴谱资料时敏感性较好, 对于大滴溅散而形成的很多溅散滴时, 会处理成很多单独的小雨滴, 同时也说明无法解决溅散问题。在雨滴重叠问题上该程序智能程度不高, 不能真正鉴别是否存在重叠现象, 无法将重叠的雨滴分离开来, 往往会将重叠在一起的雨滴视为一个滴, 从而带来观测雨滴数量减少的现象。从雨滴谱资料处理误差分析上看, 斑迹直径在3~18 mm时相对误差小于6%, 对于直径小于4 mm雨滴误差完全控制在6%以内, 且在处理小滴时误差更小。该方法在地面雨滴谱观测及资料处理中准确度高、性能稳定、实用性强, 为雨滴谱资料的处理分析提供了一个新的思路, 可以应用到实际工作中。 相似文献
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利用中尺度模式ARPS模拟了2005年7月22日一次典型华北暴雨过程的云物理特征,对比分析了高密度大冰雹下落末速度增大时对云和降水的发展演变、云系宏微观结构、垂直风场以及云系的宏观热力场的影响.结果表明,产生这次暴雨的中尺度对流系统经历了对流云团发展、加强及合并过程,其高层为冰晶、雪,中层为霰/雹、过冷云水,低层主要是雨水;霰/雹形成和融化的冷云过程对雨水的形成起重要作用.高密度大冰雹下落末速度增大时:(1)对暴雨区降水量、云的分布、厚度和含水量有较明显的影响;(2)可以引起云中高含水量区合并,累积含水量减小,含水量中心位置发生变化;(3)云系有提前进入消散阶段的趋势;(4)对云中霰/雹和雨滴的垂直分布范围及其含水量极大值影响显著,霰/雹含水量区向下延伸约1 km,雨滴含水量最大值高度也随之降低.同时霰/雹含水量减小,而雨滴含水量增加;(5)上升气流的发展受到抑制,云顶高度降低,云中含水量减小,伴随微物理过程的相变潜热也随之减小. 相似文献
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一次冰雹天气过程的多源资料观测分析 总被引：2，自引：1，他引：1
利用地基微波辐射计、风廓线雷达和雨滴谱仪等观测资料,对2015年4月28日发生在南京的一次冰雹天气进行了分析,探讨新型探测资料在冰雹监测预警中的应用。结果表明:(1)华北冷涡后部冷空气南下,与低层暖湿气流交汇,是产生这次冰雹的天气背景;高空冷平流叠加在低层暖湿气流之上,使得对流层中低层形成不稳定层结;地面辐合中心及辐合线是降雹的触发机制。(2)微波辐射计监测显示,降雹期间冰雹云中上升气流将底层空气的感热和潜热向上输送,导致2 km以上大气有明显升温,由于低层水汽聚集及冰雹在近地层融化造成降雹时近地层相对湿度、水汽密度增大。冰雹发生在云液态水含量快速增长的波峰上,对冰雹的发生具有较好指示意义。(3)对比南京3站风廓线雷达资料表明各站上空环境风场存在一定差异,六合地区降雹前6 km高度高空急流有利于六合上空形成有利的辐散形势,降雹时0~6 km存在较深厚的垂直风切变,配合地面中尺度低压,降雹最为强烈;南京站降雹时,对流层中下层有一槽过境,而高淳地区冰雹由近地面垂直风切变激发。(4)六合站、高淳站雨滴谱仪分析表明不同降水相态对应的滴谱特征有差异,两站雨滴谱型分别呈指数型、多峰型分布。高淳站雨滴谱仪监测到直径达到15 mm的冰雹粒子,六合站冰雹直径最大为5 mm。两站速度谱大致为单峰型,在较强降水时刻,粒子下落峰值速度在3~4 m·~(-1)。(5)影响六合的超级单体存在钩状回波、回波悬垂、三体散射等雷达回波中尺度特征,地面中尺度低压系统、中低层的中气旋及高层的辐散环流配置造成了雹云中维持较强的旋转上升气流,有利于出现大冰雹。 相似文献
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水平风作用下雨滴水平速度的数值仿真 总被引：1，自引：0，他引：1
为了研究雨滴在水平风作用下的水平移动情况,在分析水平风作用下雨滴受力情况的基础上,通过对曳力系数与雷诺数对应关系的研究,采用数值仿真的方法分别对海平面大气条件和不同大气条件下雨滴水平运动速度进行仿真.结果表明:当有水平风作用时,雨滴的水平运动速度不等于风的速度,而是随雨滴直径和水平风速的变化而变化;在水平风作用下,雨滴的水平移动速度可以在较短的时间内(一般小于15 s)达到一个稳定的值;在水平风速相同的情况下,气压越高、温度越低,雨滴达到平衡时的水平移动末速度相对越大,反之则越小.这些结论对基于图像采集原理的光学降水自动观测仪器进行雨滴图像拼合有重要的应用价值. 相似文献
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层状云数值模式与实际观测研究 总被引：2，自引：1，他引：1
改进了一维层状云雨滴分档模式,利用雨滴分档模式在计算雨滴粒子谱型及数浓度自然演变方面中的优势,对吉林省长春市6月21日3个不同时刻的降雨进行了模拟,并与实测资料进行了比较。结果表明,改进后的模式计算稳定,可以模拟出与实际降水谱型相接近的雨滴谱;对于层状云中上升气流速度难以直接测量的问题,通过选用不同的上升气流速度方案,并将计算所得的雷达回波反射率廓线与实际地面雷达观测值相拟和的方法,从而为实现通过雷达回波与模式计算相比较来测量定量降水提供一个新的思路;与实际观测结果比较可知,暖区碰并过程对本次降水的贡献在10%左右,与上升气流的速度有关。 相似文献
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结合T-Matrix方法和雨滴谱仪数据反演双偏振参量,设计了一种雨滴谱反演评估方法(雨滴谱法),利用其反演结果可对双偏振天气雷达数据进行评估。将此方法应用于不同类型降水过程的雷达偏振参量数据质量评估,结果表明:满足微雨条件时,雨滴谱法与传统的微雨滴法均能有效监测由雷达系统误差导致的观测偏差,且评估结果十分接近;不满足微雨条件时,雨滴谱法评估的不同类型降水过程的雷达数据质量与满足微雨条件下的评估结果十分接近,客观证明了系统调整后雷达运行良好、数据质量稳定;不同雨强(R)情况下,雨滴谱法的评估结果具有一致性。10 mm·h-1≤R<20 mm·h-1时,雷达观测的数据质量最为稳定。该雨滴谱法适用范围广,可动态评估双偏振雷达偏振参量质量,有助于雷达调整和数据校正。 相似文献
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一次河南省春季层状云降水的地面雨滴谱特征 总被引：11，自引：3，他引：11
2002年4月4-5日河南省出现了层状云降水天气，临颖、孟津两站进行了地面雨滴谱观测。通过对降水过程中两站的雨滴微物理参量和雨滴谱的对比分析，指出河南层状云降水的雨滴平均直径为10～mm，雨滴数密度为10^2个／m
^3，占雨滴总数较小的大雨滴对雨强的贡献较大。锋前暖区雨滴的平均直径比锋后冷区雨滴平均直径小，雨滴数密度比锋后冷区大，但冷区降水强度大于暖区。在层状云降水过程中，暖区雨滴谱型由宽谱双峰型演变为窄谱单峰型，冷区雨滴谱型由宽谱单峰型演变为窄谱单峰型。雨滴平均直径的起伏暖区要大于冷区，这与暖区中云系结构不均匀及云中对流有关。 相似文献
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雨、雪、霰、雹等各种降水物一般都是在云内形成增长后落到地面的。云本身是大量云滴或冰晶的集合体。它们同降水物一样都是液态或固态的水。但是云滴和冰晶十分微小,典型的云滴半径为10微米,落速为1厘米/秒。它们随着云中气流运动,很难落出云体。即使落出云体也会在很短的时间和距离内蒸发完毕。典型的雨滴半径为1毫米,落速为6米/秒。两者相比,雨滴比云滴的半径大了100倍,质量大了100,000倍,落速大了600倍。从上一讲的图1上,可形象地看到凝结核、云滴、大云滴、毛毛雨和雨滴的大小差别是何等的巨大!从云的微物理学来说,云和降水的差别主要就是粒子的大小。习惯上以半径100微米为界来区别云滴和雨滴(这相当于毛毛雨滴);以半径150微米为界来区分冰晶和雪晶。 云滴的产生和长大主要依靠凝结过程。凝结增长 相似文献
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双参微物理方案对一次强降水过程的数值试验 总被引：4，自引：3，他引：1
利用WRF模式,分别采用WDM6和Morrison双参微物理方案对2009年7月23—24日,华东地区的一次强降水过程进行数值模拟。通过对地面累积降水量、降水强度和云中微物理量分析,对比研究了以上两种双参微物理方案对降水的预报效果。结果显示两种方案都低估了强降水区域的降水强度,而且提早预报了降水发生的时间。但相比之下,Morrison方案更接近实际的观测结果,而WDM6方案的误差在50%以上。分析了云中微物理量场和参数化方案计算过程,发现由于WDM6方案对雨滴的定义不合理,在结果中存在大量小粒径的雨滴,使平均粒径远小于典型雨滴,导致雨水的下落过程中,蒸发作用的强度被高估,而沉降过程的强度被低估,因而低估地面降水。 相似文献
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关于雨滴在云下蒸发的数值试验 总被引：12，自引：0，他引：12
顾震潮、Mason、Twomey、北京大学云物理教学组、Kuhme等均曾讨论过雨滴的蒸发问题。他们认为雨滴与环境的热交换随时达到平衡,未考虑雨滴蒸发消耗热量与环境向雨滴传导热量的补偿不平衡;以及雨滴在下落中保持高层较低温度的倾向(热滞后),从而造成的滴表面饱和水汽压保持在较低水平,抑制了蒸发的情况。本文通过对云下雨滴下落蒸发过程的数值试验,讨论了:①下落的雨滴由于蒸发消耗热量,温度比周围环境低,并有保持较高层次的较低温度的倾向。②在不饱和大气 相似文献
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该文研究PARSIVEL激光雨滴谱仪的测量误差并提出订正方法。对2014年在广东阳江的PARSIVEL激光雨滴谱仪采集的两次降水过程数据进行分析发现,雨滴下落速度V随粒径D变化与静止大气中雨滴下落末速度随粒径变化的Atlas-Ulbrich曲线分布趋势一致,但D < 1 mm及D > 3 mm的速度偏差较大。其主要原因是大粒径雨滴形变造成速度偏离较大,仪器测量误差造成小粒径测速偏大,激光雨滴谱仪所在高度的大气垂直运动影响雨滴下落速度。根据PARSIVEL激光雨滴谱仪测量原理,基于雨滴形变与粒径关系,给出形变订正后的Atlas-Ulbrich修正曲线,并用于对小粒径测速订正。比较订正前后的雨滴谱分布,订正后的小雨滴浓度明显增加,大雨滴浓度略有减小,订正后浓度参数和斜率参数均增加,形状参数变化不明显。 相似文献
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降水回波谱参数估算雨滴谱参数的算法研究 总被引：1，自引：0，他引：1
《高原气象》2015,(4)
地基遥感雷达反演云中降水参数有助于认识降水云微物理过程,本文提出一种直接由垂直指向雷达回波谱参数估算雨滴谱参数的方法;当雨滴谱满足Gamma函数分布时,联合雷达气象方程、雨滴下降末速度与雨滴直径关系,建立雷达降水回波谱参数反演雨滴谱参数的方程组,采用隐函数显化和级数展开进行方程求解,得到雨滴谱参数估算结果。用正演方法建立检验数据库,使用平均相对误差平均值对近似求解的雨滴谱参数精度进行检验,截距参数为0.83%、斜率参数为3.04%、形状参数为13.60%。对2012年7月22-23日云南腾冲的1320 M Hz雷达垂直波束探测降水回波谱参数进行了雨滴谱参数估算,并与地面激光雨滴谱仪获取的雨滴谱参数进行了比较,两者的平均粒径基本相同。使用风廓线雷达等垂直探测雷达回波谱参数估算雨滴谱参数的方法适用于稳定层状降水云。 相似文献
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对风廓线雷达探测降水时出现的双峰型功率谱密度分布的回波,进行大气返回信号和降水返回信号的剥离,由大气返回信号求出环境大气的垂直运动,导出降水质点下降末速度的功率谱密度分布,进而求出云体中的雨滴谱分布。对两次降水进行了雨滴谱反演试验,提取了不同高度上30多份雨滴谱分布,雨滴谱分布基本上呈现出指数分布形式。指数拟合后求出雨滴谱的浓度参数N0由几百到几千m-3mm-1,尺度参数λ为3.8～4.5 mm-1。试验中,还由反演的雨滴谱估算出云中含水量,得出降水云体中含水量随高度的分布,与附近多普勒天气雷达观测进行了比较。风廓线雷达与多普勒天气雷达探测到的回波强度随高度分布基本一致,云中含水量估算的均值基本相同,而风廓线雷达由雨滴谱估算出的含水量随高度分布可以反映出雨滴谱变化的影响,随高度分布更为精细。 相似文献