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层状云系人工增雨潜力的数值研究

周非非

  出于防灾抗旱的需要,我国广泛开展着人工增雨作业,其规模之大堪称世界之最。北方春秋季出现的大范围层状云系是人工增雨的主要对象,因此通过催化作业云系能否增加降水,即云系是否具有人工增雨潜力这一问题受到人们的高度重视。为了减少增雨作业的盲目性,提高科学性,增强人工增雨效果,很有必要进行层状云系的人工增雨潜力研究。在判断云系增雨潜力时,有些人把降水效率作为判别人工增雨潜力的指标,也有些人用水汽含量、过冷水含量、冰晶浓度和冰面饱和区来确定潜力区。人工增雨潜力是一个复杂的科学问题,用任何单个因子判断云系人工增雨潜力,都有一定的片面性和局限性。本文在他人研究的基础上,通过对2002年10月19日前后在河南省产生大范围降水的层状云系的观测结果和数值模拟的研究,分析了一些新的人工增雨潜力要素,提出了定性综合判断云系人工增雨潜力的思路。通过研究获得如下主要结果: 一、用实测资料分析了云系形成的天气形势、卫星云图和雷达回波、云的宏观特征和热力学特征以及雨滴谱等,使我们对被模拟的云系有一定了解。结果表明,层状云系降水主要受高空和地面相互配合的低值天气系统的共同影响。在低槽冷锋云系的地面锋面到来之前,低层存在不稳定区,且高空锋区上方也存在不稳定区。锋区存在逆温。红外卫星云图上云系色调较白亮,纹理较均匀。雷达回波中有明显的亮带,回波顶高有起伏,存在高空对流泡。目测的云状多为Fn-As op分布,有时出现雨层云。云系中存在“催化-供给”云结构。地面雨滴谱观测分析表明,小雨滴对数浓度的贡献较大,大雨滴对雨强(含水量)的贡献大。一般在雨强较大的时段,雨滴谱随之拓宽。雨滴谱基本符合M-P分布,而与Γ分布更接近。二、利用MM5模式成功地模拟了该云系。模拟的间隔12小时的位势高度场基本再现了中尺度天气系统的分布和位置,模拟的温度场与客观分析场相当一致,对流层中层槽区气旋性风场、低空切变线和低空急流以及6小时累积降水量都被较好的模拟,还模拟出了实测的气柱水汽量和液态水量的演变趋势。三、云系云层结构及其与降水的关系。云系在垂直方向上云层的结构具有多样性,云系中存在“催化-供给”云。有的是从高到低连为一体的云体,其微物理结构有明显分层的特征,即由冰晶和雪粒子组成高的云层,由雪、霰粒子和过冷水构成中的云层,由云水和雨水组成低的云层。有的由在垂直方向上分离的高、中和低的云层组成,中间夹着无云区。云垂直方向的结构对降水有较大影响。连成一体的“催化-供给”云中,各种粒子的含水量较高,雪层较厚,降水强度较大; 若在高、中的云层间夹着干层,云中含水量较低,降水强度较小。……   
[关键词]:层状云系;数值模拟;人工增雨潜力要素;“催化-供给”云;降水机制;冰面过饱和水汽量;潜力综合评估
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中国科学院研究生院(大气物理研究所)2005年
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