飞机积冰严重威胁飞行安全,为更好地了解飞机积冰的气象条件和云微物理特征,寻找积冰与宏观气象条件阈值之间的关系,本文利用飞机观测资料,结合雷达、欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料,对2018年12月10日河南中东部冬季一次飞机严重...飞机积冰严重威胁飞行安全,为更好地了解飞机积冰的气象条件和云微物理特征,寻找积冰与宏观气象条件阈值之间的关系,本文利用飞机观测资料,结合雷达、欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料,对2018年12月10日河南中东部冬季一次飞机严重积冰过程的天气条件和云微物理过程进行了分析,并对此次积冰强度进行了评估。此次积冰过程是受高空槽、低层切变以及地面冷高压的共同作用,流向河南的低层暖湿空气沿着冷高压爬升,形成上暖下冷的逆温层,促进了该区域内液态水的积聚。积冰区域内液态水含量丰富,而冰水含量较低,液态水含量主要分布在550~750 hPa高度之间。飞机观测数据与ERA5再分析资料结果较为一致,强积冰区在3630 m高度层上,云中温度为-8.2℃~-6.8℃,相对湿度在87%~92%,平均云滴数浓度为499.9 cm^(-3),液态水含量最大可达0.87 g m^(-3),该区域内大小过冷液滴共存,基本无冰晶粒子。通过计算:飞机穿过液态水含量丰富区发生轻度积冰、中度积冰、严重积冰时的液态水含量阈值分别为0.05、0.20和0.58 g m^(-3)。当逆温层强度为1.9℃(100 hPa)^(-1)、垂直运动速度在-0.25~0.2 Pa s^(-1)、水平辐合强度为-3.73 kg m^(-2)s^(-1)的情况下,积冰强度达到中度以上的概率为77%。展开更多
积层混合云是人工增雨的重要对象,丹江口水库作为“南水北调”的重要水源地,针对该地区积层混合云降水云系的人工增雨研究显得愈发重要。在中尺度WRF(Weather Research and Forecast)模式双参数云物理方案基础上,采用显式方法加入碘化...积层混合云是人工增雨的重要对象,丹江口水库作为“南水北调”的重要水源地,针对该地区积层混合云降水云系的人工增雨研究显得愈发重要。在中尺度WRF(Weather Research and Forecast)模式双参数云物理方案基础上,采用显式方法加入碘化银粒子的成核机制,引入碘化银比含水量和数浓度预报方程,建立起一个中尺度WRF人工催化模式。使用建立的WRF人工催化模式,对2023年9月25日秋季一次积层混合云开展了面状播撒(EXP1试验)、线状播撒(EXP2试验)和单点播撒(EXP3试验)3组催化模拟试验。结果表明,播撒后碘化银在气流的作用下向下风方输送,碘化银的扩散范围和数量EXP1试验最大,EXP2试验次之,EXP3试验最小。碘化银核化后通过消耗过冷水使云中冰晶大量增加,使得冰晶—雪、雪—霰的转换过程增强,雪、霰粒子含量增加,雪和霰的融化作用导致地面降水增加。EXP1试验主要通过雪的融化增加地面降水,EXP2试验主要通过霰的融化增加地面降水,EXP3试验雪或霰的增加范围最小。催化后在播撒区下风方40~90 km出现降水增加,EXP1试验的地面增雨量、增雨率和增雨范围最大。区域平均增雨雨强最大出现在播撒结束后1.5 h,数值为EXP1试验的0.047 mm h^(-1)。EXP1试验的增雨效果最好,EXP2试验的增雨效果次之,EXP3试验的增雨效果最弱,表明催化作业方式对作业效果有较大影响。研究结果可为人工影响天气外场作业提供科学指导。展开更多
利用河南东部商丘2023年5月3日一次积层混合云过程的飞机探测数据,研究分析了此次积层混合云的水平和垂直云微物理分布特征,并基于该特征讨论了人工增雨作业条件。结果表明,此次积层混合云过程由比较弱的倾斜西风槽过境形成,大气层结比...利用河南东部商丘2023年5月3日一次积层混合云过程的飞机探测数据,研究分析了此次积层混合云的水平和垂直云微物理分布特征,并基于该特征讨论了人工增雨作业条件。结果表明,此次积层混合云过程由比较弱的倾斜西风槽过境形成,大气层结比较稳定。降雨分布范围大且不均匀,雷达回波具有典型大范围层状云回波镶嵌对流泡回波的分布特征。并且飞机主要观测时段,研究区域降雨也比较强,对于揭示积层混合云结构特征和降水形成机制具有比较好的代表性。飞机观测显示,在层状云、对流泡边缘区域,过冷水含量很低,冰粒子以原始柱状冰晶为主。但在对流泡上部的冷云区,存在大量粒径在25μm以下的过冷云滴粒子,最大浓度达到10^(5)~10^(6) L^(-1)量级。过冷水含量最大值达到0.7 g m^(-3)以上。冰粒子主要以凇附状聚合体为主,浓度量级为10^(0)~10^(2) L^(-1)。由于低冰粒子浓度区域的过冷水含量比较高,适合冷云人工增雨作业。但由于高过冷水含量区的温度偏高,碘化银催化剂核化率低,更适合制冷剂(液氮、干冰)催化作业。展开更多
构建了一个基于WRF-ARW(Advanced Research Weather Research and Forecasting)模式的中尺度集合预报系统,直接耦合碘化银(AgI)冷云催化模块,以探讨北方层状云的催化增水潜力及其不确定性。选取2022年2月12~13日华北地区的一次典型降雪...构建了一个基于WRF-ARW(Advanced Research Weather Research and Forecasting)模式的中尺度集合预报系统,直接耦合碘化银(AgI)冷云催化模块,以探讨北方层状云的催化增水潜力及其不确定性。选取2022年2月12~13日华北地区的一次典型降雪过程,通过扰动初始条件(EN_IC)和微物理参数化方案(EN_MP)集合预报催化目标区的作业条件,并通过耦合AgI催化集合(AgI_IC)进行催化效果评估。结果表明,目标区域内云系具备较高的催化潜力,过冷水含量>0.2 g kg^(-1)概率达85%、最大冰晶数浓度<20 L^(-1)的概率超过75%。催化试验结果显示,AgI提高了冰晶生成速率,增强了冰水转化效率。集合成员均预报出增雪效果,集合预报增水量2.76%~101.09%,平均增水量约36.87%。本研究创新性地采用非参数核密度估计(KDE)方法量化催化效果的不确定性,结果表明,催化显著改变了降水概率分布,催化后增水概率>0.01 mm的区域覆盖率达90%,增水概率>0.1 mm的区域超过70%。研究表明,集合概率预报能够量化人工催化中的不确定性,在催化条件预报和效果预估阶段提供科学参考,对提升人工影响天气作业的科学性和精准性有一定应用价值。展开更多
文摘飞机积冰严重威胁飞行安全,为更好地了解飞机积冰的气象条件和云微物理特征,寻找积冰与宏观气象条件阈值之间的关系,本文利用飞机观测资料,结合雷达、欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料,对2018年12月10日河南中东部冬季一次飞机严重积冰过程的天气条件和云微物理过程进行了分析,并对此次积冰强度进行了评估。此次积冰过程是受高空槽、低层切变以及地面冷高压的共同作用,流向河南的低层暖湿空气沿着冷高压爬升,形成上暖下冷的逆温层,促进了该区域内液态水的积聚。积冰区域内液态水含量丰富,而冰水含量较低,液态水含量主要分布在550~750 hPa高度之间。飞机观测数据与ERA5再分析资料结果较为一致,强积冰区在3630 m高度层上,云中温度为-8.2℃~-6.8℃,相对湿度在87%~92%,平均云滴数浓度为499.9 cm^(-3),液态水含量最大可达0.87 g m^(-3),该区域内大小过冷液滴共存,基本无冰晶粒子。通过计算:飞机穿过液态水含量丰富区发生轻度积冰、中度积冰、严重积冰时的液态水含量阈值分别为0.05、0.20和0.58 g m^(-3)。当逆温层强度为1.9℃(100 hPa)^(-1)、垂直运动速度在-0.25~0.2 Pa s^(-1)、水平辐合强度为-3.73 kg m^(-2)s^(-1)的情况下,积冰强度达到中度以上的概率为77%。
文摘积层混合云是人工增雨的重要对象,丹江口水库作为“南水北调”的重要水源地,针对该地区积层混合云降水云系的人工增雨研究显得愈发重要。在中尺度WRF(Weather Research and Forecast)模式双参数云物理方案基础上,采用显式方法加入碘化银粒子的成核机制,引入碘化银比含水量和数浓度预报方程,建立起一个中尺度WRF人工催化模式。使用建立的WRF人工催化模式,对2023年9月25日秋季一次积层混合云开展了面状播撒(EXP1试验)、线状播撒(EXP2试验)和单点播撒(EXP3试验)3组催化模拟试验。结果表明,播撒后碘化银在气流的作用下向下风方输送,碘化银的扩散范围和数量EXP1试验最大,EXP2试验次之,EXP3试验最小。碘化银核化后通过消耗过冷水使云中冰晶大量增加,使得冰晶—雪、雪—霰的转换过程增强,雪、霰粒子含量增加,雪和霰的融化作用导致地面降水增加。EXP1试验主要通过雪的融化增加地面降水,EXP2试验主要通过霰的融化增加地面降水,EXP3试验雪或霰的增加范围最小。催化后在播撒区下风方40~90 km出现降水增加,EXP1试验的地面增雨量、增雨率和增雨范围最大。区域平均增雨雨强最大出现在播撒结束后1.5 h,数值为EXP1试验的0.047 mm h^(-1)。EXP1试验的增雨效果最好,EXP2试验的增雨效果次之,EXP3试验的增雨效果最弱,表明催化作业方式对作业效果有较大影响。研究结果可为人工影响天气外场作业提供科学指导。
文摘利用河南东部商丘2023年5月3日一次积层混合云过程的飞机探测数据,研究分析了此次积层混合云的水平和垂直云微物理分布特征,并基于该特征讨论了人工增雨作业条件。结果表明,此次积层混合云过程由比较弱的倾斜西风槽过境形成,大气层结比较稳定。降雨分布范围大且不均匀,雷达回波具有典型大范围层状云回波镶嵌对流泡回波的分布特征。并且飞机主要观测时段,研究区域降雨也比较强,对于揭示积层混合云结构特征和降水形成机制具有比较好的代表性。飞机观测显示,在层状云、对流泡边缘区域,过冷水含量很低,冰粒子以原始柱状冰晶为主。但在对流泡上部的冷云区,存在大量粒径在25μm以下的过冷云滴粒子,最大浓度达到10^(5)~10^(6) L^(-1)量级。过冷水含量最大值达到0.7 g m^(-3)以上。冰粒子主要以凇附状聚合体为主,浓度量级为10^(0)~10^(2) L^(-1)。由于低冰粒子浓度区域的过冷水含量比较高,适合冷云人工增雨作业。但由于高过冷水含量区的温度偏高,碘化银催化剂核化率低,更适合制冷剂(液氮、干冰)催化作业。
文摘构建了一个基于WRF-ARW(Advanced Research Weather Research and Forecasting)模式的中尺度集合预报系统,直接耦合碘化银(AgI)冷云催化模块,以探讨北方层状云的催化增水潜力及其不确定性。选取2022年2月12~13日华北地区的一次典型降雪过程,通过扰动初始条件(EN_IC)和微物理参数化方案(EN_MP)集合预报催化目标区的作业条件,并通过耦合AgI催化集合(AgI_IC)进行催化效果评估。结果表明,目标区域内云系具备较高的催化潜力,过冷水含量>0.2 g kg^(-1)概率达85%、最大冰晶数浓度<20 L^(-1)的概率超过75%。催化试验结果显示,AgI提高了冰晶生成速率,增强了冰水转化效率。集合成员均预报出增雪效果,集合预报增水量2.76%~101.09%,平均增水量约36.87%。本研究创新性地采用非参数核密度估计(KDE)方法量化催化效果的不确定性,结果表明,催化显著改变了降水概率分布,催化后增水概率>0.01 mm的区域覆盖率达90%,增水概率>0.1 mm的区域超过70%。研究表明,集合概率预报能够量化人工催化中的不确定性,在催化条件预报和效果预估阶段提供科学参考,对提升人工影响天气作业的科学性和精准性有一定应用价值。
