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2008年奥运会开幕式日人工消减雨作业中尺度数值模拟的初步结果 被引量：25
1
作者 何晖 金华 +1 位作者 李宏宇 刘建忠 《气候与环境研究》 CSCD 北大核心 2012年第1期46-58,共13页
2008年8月8日,在2008年北京奥运会开幕式举行之际,北京及周边地区出现了较强对流云团,给国家体育场内开幕式活动的顺利进行带来了极大威胁。根据云系的发展状况,北京市人工影响天气办公室有针对性地组织实施了大规模地面火箭人工消减雨... 2008年8月8日,在2008年北京奥运会开幕式举行之际,北京及周边地区出现了较强对流云团,给国家体育场内开幕式活动的顺利进行带来了极大威胁。根据云系的发展状况,北京市人工影响天气办公室有针对性地组织实施了大规模地面火箭人工消减雨作业,对抑制云、降水的形成和发展起到了一定作用。在中尺度数值模式MM5的Reisner2方案中引入了AgI粒子与云相互作用的过程,在MM5中实现了催化功能。参照2008年8月8日20:05至20:12进行的消减雨作业情况,利用加入催化方案的中尺度数值模式对该作业进行了数值模拟试验,就不同的播撒量对催化效果的影响进行了研究,并对其中的微物理机制进行了分析。研究结果表明:AgI播撒率对降水量改变影响很明显,当以5g·s-1的速率持续播撒AgI7min,在播撒作业后2h,催化区域内均表现为减雨,2h后为增雨。对于减雨的微物理机制主要是由于大量播撒AgI后导致空中云水大量减少,进一步导致霰减少,霰的减少导致雨水的减少;而2h后的增雨机制则是由于在雨水、云水、霰以及温度之间形成了正反馈,最终导致地面降水的增加。需要指出的是由于单参数方案的局限性,模拟的最大减雨率仅为8%～12%,离消雨的要求尚有差距,应利用双参数云方案作进一步模拟研究。 展开更多
关键词 消减雨 中尺度催化数值模式 物理机制 催化效果
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基于飞机真实轨迹的一次层状云催化的增雨效果及其作用机制的模拟研究 被引量：14
2
作者 刘卫国 陶玥 +3 位作者 周毓荃 党娟 谭超 高扬 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期340-358,共19页
层状云降水效率通常较低,但却具有较高的云水资源开发潜力,是人工增雨作业的重要对象。随着中国南方地区生态改善、水库增蓄、抗旱等社会需求的增加,针对这些地区降水云系的人工增雨研究显得愈发重要。使用三维中尺度冷云催化模式,对201... 层状云降水效率通常较低,但却具有较高的云水资源开发潜力,是人工增雨作业的重要对象。随着中国南方地区生态改善、水库增蓄、抗旱等社会需求的增加,针对这些地区降水云系的人工增雨研究显得愈发重要。使用三维中尺度冷云催化模式,对2018年10月21日湖北省一次层状云飞机人工增雨作业过程进行了数值模拟研究,并将模拟结果与卫星、降水和机载云物理观测数据进行了对比。模式合理地模拟出了云和降水的主要宏、微观特征,观测和模拟结果均显示作业云区具有较好的冷云催化条件,在此基础上,按照实际作业中的飞机播撒轨迹,完整地模拟了此次催化作业过程。对数值模拟结果的分析表明:凝结冻结核化和凝华核化是碘化银催化剂的主要核化方式;90%以上碘化银粒子的局地活化比为0.01%—2%,平均活化比为0.07%—0.27%;云系降水是由冷云降水和暖云降水两种机制共同作用的结果,催化作业使两种降水机制均有增强,增雨效果明显;催化后4 h,整个评估区内的累计净增雨量为2.12×10^(8) kg,局地增雨率为−51.1%—306.7%,区域平均增雨率为8.1%;催化作业也使部分地区出现减雨,主要是由于催化过程中的潜热释放引起过冷层动力场扰动,一部分云区的上升气流减弱,从而导致降水粒子的成长减弱,地面出现减雨;在过冷云区,碘化银核化使冰晶浓度升高,导致冰晶-雪、雪-霰的转化过程增强,雪、霰粒子总量增加,更多的雪、霰粒子从冷区落入暖区,在暖区上层产生更多的大雨滴,从而使暖区的云雨粒子碰并过程增强,最终地面降水增加,这是此次催化作业导致增雨的主要微物理链条。 展开更多
关键词 层状云 人工增雨效果 中尺度催化模式 飞机轨迹模拟 碘化银核化 微物理链条 动力效果
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基于火箭和高炮真实催化轨迹的一次对流云消减雨的数值模拟 被引量：3
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作者 刘卫国 史月琴 +2 位作者 党娟 陶玥 周毓荃 《大气科学》 CSCD 北大核心 2023年第2期430-452,共23页
效果评估仍是人工影响天气研究面临的困难问题,数值模式在催化效果的评估方面有望发挥更大作用,建立能够模拟真实催化过程的数值模式是一条可行的途径。本文对一套三维中尺度催化模式进行了改进,采用了新的碘化银核化计算方案,在模式中... 效果评估仍是人工影响天气研究面临的困难问题,数值模式在催化效果的评估方面有望发挥更大作用,建立能够模拟真实催化过程的数值模式是一条可行的途径。本文对一套三维中尺度催化模式进行了改进,采用了新的碘化银核化计算方案,在模式中增加了人工冰晶预报量及相关微物理过程,并实现了对地面火箭和高炮作业方式的仿真模拟。使用改进后的模式,采用500 m的水平分辨率,模拟了2019年9月1日华北地区一次对流云系的人工消减雨作业过程,对催化作业的消减雨效果进行了数值评估,并对碘化银在对流云中的核化特征及其催化作用机制进行了分析。结果表明:(1)催化作业对目标云系的雷达回波强度产生了一些影响,催化导致较多降水粒子滞留在高空,使得云体上部的回波强度略有增加,云体中下部的回波强度减弱,但催化作业并未改变目标云系雷达回波的自然演变趋势。(2)催化作业达到了一定的消减雨效果,作业区下游出现大面积减雨区,降水总量减少,降水强度减弱,局地最大减雨量为0.27 mm,主要影响区的平均减雨率为5.1%。(3)碘化银催化剂主要的核化方式为凝结冻结核化,其次为接触冻结核化。(4)催化作业造成了过量播撒,人工冰晶的成长占据竞争优势,它抑制了过冷层中其他水成物的自然增长过程,人工冰晶的凝华增长是导致云中水汽和云水消耗量增加的主要原因,凝华潜热的释放最终也引起云中垂直气流发生变化。(5)冷云降水是此次降水的主要物理机制,受催化的影响,暖层中霰融化过程的减弱导致雨滴总质量减少,这是降水减弱的主要原因,落入暖层下部的雨滴数量减少则是降水减弱的另一原因。 展开更多
关键词 中尺度催化模式 对流云消减雨 碘化银核化 人工冰晶 效果评估 催化作业仿真
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层状云催化宏微观物理响应的数值模拟研究 被引量：8
4
作者 刘卫国 陶玥 周毓荃 《大气科学》 CSCD 北大核心 2021年第1期37-57,共21页
层状云系是进行人工增雨开发利用空中云水资源的重要对象,增雨作业需要有科学可行的技术指标来指导实际作业的科学实施,而合理准确评估人工增雨作业的效果也是需要解决的重要课题,通过数值模式合理地仿真模拟实际催化作业的过程,进而研... 层状云系是进行人工增雨开发利用空中云水资源的重要对象,增雨作业需要有科学可行的技术指标来指导实际作业的科学实施,而合理准确评估人工增雨作业的效果也是需要解决的重要课题,通过数值模式合理地仿真模拟实际催化作业的过程,进而研究增雨作业后云和降水的一系列宏微观特征的变化及其机理,是建立和改进催化作业技术的必要途径,也是评估实际人工增雨作业效果的有效手段。本文使用三维中尺度冷云催化模式对2014年4月15日河北省一次层状云降水的飞机催化作业过程进行了仿真模拟,力图对实际作业过程进行合理再现,通过对模拟结果的分析,研究飞机播撒的AgI(Silver iodide)催化剂在空中的扩散传输特征,分析催化对云和降水宏微观特性的影响,并对此次飞机催化作业的增雨效果进行评估。研究结果表明,播撒的AgI催化剂烟羽扩展的水平尺度可达数十公里以上,垂直方向上,大部分AgI粒子则主要集中在作业层上下约1 km的厚度范围内,AgI粒子的向上输送明显强于向下的输送;催化后云中的冰晶和雪粒子明显增加,导致催化模拟前期的霰增长受到抑制,之后随着霰碰并雪过程及零度层附近冰相粒子淞附过程的增强,云中霰的总量逐渐增加;催化作业后,催化云的雷达回波强度有明显增强,且随时间变化表现出不同的结构特征;催化导致地面降水出现先减少后增加的时间变化特征,催化后3小时,作业影响区向作业区下游扩展100 km以上,总体呈现减雨—增雨的区域分布特征;数值模拟评估表明,整个评估区内的净增雨量达到3.6×10^7 kg,平均增雨率为1.1%,暖层霰粒浓度和尺度的增加是降水增加的主要原因。由于作业目标云系的催化条件一般,而播撒的AgI剂量偏大,造成增雨作业效果偏低。 展开更多
关键词 中尺度冷云催化模式 催化仿真模拟 人工增雨 物理响应 效果评估
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北京层状云人工增雨数值模拟试验和机理研究 被引量：19
5
作者 何晖 高茜 李宏宇 《大气科学》 CSCD 北大核心 2013年第4期905-922,共18页
在中尺度WRF模式的Morrison双参数方案中引入了AgI粒子与云相互作用的过程,在WRF模式中实现了催化功能。利用加入了催化方案的中尺度模式对2008年3月20～21日环北京地区一次层状云系降水过程进行模拟和催化试验。模拟自然降水与实测结... 在中尺度WRF模式的Morrison双参数方案中引入了AgI粒子与云相互作用的过程,在WRF模式中实现了催化功能。利用加入了催化方案的中尺度模式对2008年3月20～21日环北京地区一次层状云系降水过程进行模拟和催化试验。模拟自然降水与实测结果一致,分析微物理特征并在所得分析基础上进行催化试验。研究在不同催化剂量、高度和时刻进行试验对降水的影响。结果表明:以20g的碘化银进行催化作业,在催化后的前30min之内,地面雨量轻微减小,最大累积减雨量为2010t,30min后,净增雨量迅速增加,最大累积增雨量达到了3.4×105t。催化开始阶段的减雨主要是由于播撒AgI后,云水减少而雪晶增多,导致雨滴碰并云滴,云滴向雨滴自动转化过程的减少以及雪晶碰并雨滴过程的增多,然而空中增多的雪晶尚未下落到暖区融化成雨滴。而第二阶段的增雨则是空中增多的雪晶逐渐下落到暖区,雪晶融化成雨滴过程增多。AgI的播撒率对降水量有明显影响,过量催化会使雪晶平均质量减少,下落速度锐减,从而雪融化成雨水减少,导致雨量减弱,不同催化高度和催化时间的催化结果表明在过冷水含量比较丰富而冰雪晶含量偏少的区域进行催化,增雨效果显著。 展开更多
关键词 中尺度催化数值模式 层状云系 物理机制 催化效果
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人工消除冷雾的个例模拟分析 被引量：5
6
作者 何晖 郭学良 +2 位作者 李宏宇 金华 刘建忠 《大气科学》 CSCD 北大核心 2011年第2期272-286,共15页
本文在中尺度数值模式MM5的Reisner2方案中引入了液氮粒子与云相互作用的过程,在中尺度模式MM5中实现了催化功能。利用加入催化方案的中尺度模式针对2007年12月26日北京地区的一次冷雾天气过程进行了消雾的数值模拟研究,探讨了消雾的效... 本文在中尺度数值模式MM5的Reisner2方案中引入了液氮粒子与云相互作用的过程,在中尺度模式MM5中实现了催化功能。利用加入催化方案的中尺度模式针对2007年12月26日北京地区的一次冷雾天气过程进行了消雾的数值模拟研究,探讨了消雾的效果和机理,并针对催化剂的播撒量和播撒位置进行了两组敏感性试验。结果表明：在此次模拟雾过程中,在目标区上风方1~2 km以5 g/s的播撒速率播撒10 min,催化作业开始9 min后,目标区开始显现作业效果,最好的效果出现在作业后24 min,作业效果可以维持25 min左右。消雾机理主要为播撒后人工冰晶通过凝华增长消耗了大量的水汽,导致了水汽通过凝结过程形成雾滴的减少,同时上游作业导致雾滴向下游目标区平流的减少。本例中,以15 g/s的速率播撒作业和在目标区上风方5~6 km的地点作业对能见度的改善最为显著。 展开更多
关键词 冷雾 消雾 中尺度催化数值模式 机理 催化效果
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