孙海燕[1]2004年在《强对流云数值模式系统开发与应用》文中研究说明强对流云数值模式系统是基于中国科学院大气物理研究所发展的叁维对流云数值模式，开发的一个基于Windows的用于强对流云数值模拟模式的交互式系统。使用Visual C++和Fortran语言以及grads等软件，利用VC++和Fortran混合语言编程技术、Visual C++界面编程技术、Windows Shell编程等多种编程技术，基于多线程程序设计思想，将原来的基于Dos操作系统的强对流云数值模式系统移植到Windows操作系统下，理顺了原系统各个模块之间的逻辑关系，建立了具有Windows风格的友好界面，本系统操作简单直观，交互性好，方便使用者的操作。 本文应用此强对流云数值模式系统，对2003年7月5日北京地区的一次对流云火箭增雨作业的效果进行了数值模式评估，并就火箭催化的时间、部位和剂量对增雨效果的影响进行了分析。结果表明，利用火箭在对流云中适宜的部位进行人工播云催化作业是有正效果的；在云发展阶段进行催化，增雨效果较好；火箭发射仰角对增雨的效果有很大影响。给出了火箭最佳发射仰角的选取原则，并分析了火箭催化增雨的机理。以期为提高人工增雨火箭作业的效果提供科学技术参考。
冯伍虎[2]2006年在《强暴雨中尺度系统发展结构和机理的非静力数值模式模拟研究》文中指出本文利用观测分析、数值模拟以及动力学诊断相结合的方法,对我国两类中尺度强暴雨系统发展结构和机理进行了较深入研究,其中主要包括以下八个方面的研究成果。 1.台风登陆变性低压暴雨和典型梅雨锋暴雨的对比研究 台风登陆变性低压和典型梅雨锋是造成我国暴雨洪涝灾害的两类重要天气系统。为此,我们选取了“96.8”台风登陆变性低压暴雨过程和“98.7”梅雨锋低涡切变线暴雨过程。观测分析、数值模拟和热力、动力诊断结果指出,这两次暴雨过程都与α-中尺度对流系统(MαCS)和β-中尺度对流系统(MβCS)的生成和强烈发展直接相关。但其发生、发展及结构演变并不尽相同。 2.“96.8”台风登陆变性低压暴雨的α中尺度系统结构及发展机理研究 卫星云图分析可以看出,造成我国晋、冀、豫严重内陆灾害的“96.8”台风登陆变性低压暴雨的产生和台风低压中形成的强α-中尺度对流系统密切相关。 天气观测事实分析可以得知,“96.8”特大暴雨是在大、中尺度天气系统和高、中、低纬环流系统相互作用而形成的有利环流形势下产生的。稳定的大型鞍形场和北移台风低压与其东侧副热带高压的相互作用是“96.8”特大暴雨发生的大、中尺度环流条件;而北移的α-中尺度台风低压及其特有的动力热力结构与该暴雨的发生和持续直接相关。 成功的非静力中尺度数值模式模拟结果分析揭示:发展的台风低压具有气旋性涡柱的暖心高湿结构,在涡柱低空是湿对流不稳定和负湿位涡结构;强垂直上升运动与高空强辐散、低空强辐合及对流云团的发展互耦;与台风低压相伴的强南风急流不仅是台风低压和对流云团发展与维持的互伴互耦条件,而且也是暴雨产生与维持的必备条件。 3.“98.7”梅雨锋低涡切变线暴雨的β-中尺度系统结构及发展机理研究 大、中尺度天气系统和云图分析指出,“98.7”特大暴雨过程不仅与500hPa短波槽和700hPa低涡切变线以及地面梅雨锋系的生成和发展密切相关,而且与沿低涡切变线相继生成和强烈发展的MαCS与MβCS直接关联。 双向相互作用的二重、叁重和具有2km水平分辨率的四重嵌套细网格域D04的模拟结果揭示:(1)中-β尺度切变线在鄂东沿江低空强烈发展及辐合中心的出现与其中-β低涡的形成和发展直接关联。(2)中-β切变线强烈发展的垂直结构:强辐合层和强辐散层复式迭置并与强上升运动耦合发展;强涡度层和强位涡度层与强辐合层互伴发展;低空湿位温中心与中空饱和水汽带共存。(3)中-β低涡生成的垂直结构:散度和上升运动均呈双支柱状发展;涡度和位涡度均呈单支柱状发展;高湿能柱呈双支耦合发展,水汽通道呈阶梯斜升状。(4)中-β低涡发展的垂直结构:V字型散度柱和上升运动柱互耦发展;涡度和位涡度呈双支柱状;双支高湿能拄强烈发展,阶梯斜升水汽通道变宽增厚。至此低涡发展达最强,其结构具有典型性。模拟结果还指出,发展时空分辨率更高的多重嵌套网格模拟技术和应用四维资料同化方法,将有助于更细致的了解中-β强对流系统发生和发展的结构及其演变,并能进一步提高对暴雨落区及雨强的预报水平。(5)低涡云水和雨水的发生发展场结构是由带状向柱状发展,雪和云冰的发生发展场结构在高空呈带状发展。(6)强降水雨带和暴雨中心与700hPa高值θ。带和中心以及强风中心有相当好的对应关系,强暴雨中心位于强急流中心的北侧;低层位涡的分布与模拟的降水量分布几乎重合,这表明中尺度系统的发展与低层高PV带形成相联系。
孙跃[3]2016年在《冷云人工增雨效果统计评估方法的改进与应用研究》文中研究表明水不仅是地球系统中的重要组成部分,更是人类赖以生存的重要资源,而我国的水资源短缺形势却比较严峻,因此,人工增雨是解决这一问题的重要手段。但目前云和降水的宏微观过程尚未被人类所完全而准确地掌握并得到准确的预报,因而使用何种手段与方法来科学而又准确地评估人工增雨的效果并对催化作业,以提高作业效果进行科学指导仍然是一个亟待解决的问题。因此,人工增雨的效果检验,不仅是气象业务工作的一项重要业务内容,更是大气科学的一个重要的学术问题。目前,我国绝大多数采用非随机化人工增雨催化作业方法进行人工增雨作业,而如何对其效果进行评估至今仍然存在很大困难,且由于我国增雨作业的背景条件和实际需求均与其他国家存在较大不同,我们并不能直接套用其他国家的评估技术方法。因此,进一步开展适合我国的人工增雨效果评估技术方法及应用研究是非常必要。我国的冷云催化多以AgI催化为主,因此,本文以冷云催化特别是AgI催化的效果评估为主线,结合国内多个省份的历史雨量数据、雷达数据及作业信息,研究了冷云人工增雨效果统计评估方法的改进及应用问题。其中针对飞机大范围层状冷云催化主要研究催化影响区的计算以及雨量网格插值对效果评估统计模型及结果的影响,并据此开发实用性强的桌面级效果评估软件。同时,针对对流云的地面作业催化,主要通过对催化作业单体的雷达回波特征参数的统计分析,并结合微物理检验、数值模拟技术,综合地研究对流云催化作业效果,并试图发现并论证可能存在的对流云催化物理响应证据和统计特征。首先,为了在实际应用中得到更合理的人工增雨影响区,建立了一个理想情况下的叁维层状冷云催化数值模式,并进行了自然冷云及其催化的多组数值模拟实验,论证了催化对自然冷云的地面增雨范围和高空水平风速的正相关关系。然后,通过VB+MO地理信息系统二次开发技术,结合飞机作业路线及高空风速和有效扩散时间等信息,实现了不规则影响区域的范围确定、面积计算以及区域内外站点判断等功能,提高了增雨范围计算的合理性。其次,通过原始雨量站数据和两种分辨率均匀网格插值方法分别飞机播云增雨效果进行评估和对比分析,发现采用高分辨率的均匀网格插值方法可以获得更加精细的聚类分区,可为逐步回归分析提供更多的对比站点,增强了回归建模与预测的可靠性,提高了播云效果评估结果的合理性。在此基础上,建立了多普勒雷达回波强度分析与飞机播云路径融合显示系统,为验证统计评估结论的合理性提供了基于多普勒雷达回波强度的物理检验手段。此外,基于本文研究并结合CA-FCM方法(基于聚类的浮动对比区历史回归方法)开发了飞机增雨效果统计评估的新软件。通过对吉林、山东、青海等省的飞机增雨个例效果统计评估应用,初步表明了该软件具有很强的实用性,并有推广应用价值。同时,通过对一次传播单体群“消云减雨”的催化过程的对流单体物理特征的统计、降水粒子相态识别以及数值模拟叁方面综合研究,发现受过量催化后对流云衰减阶段反射率最大值的衰减速率加快,这一物理响应特征具有统计意义,并论证了这个变化的微物理机制,是由于催化后高层冰相粒子增多,导致过冷水消耗而使降雨减少,从而达到减少对流云降水的目的。
云天[4]2016年在《东北地区两次典型强降水过程分析》文中研究指明短时强降水是具短时性、对流性和突发性的灾害性天气,易导致严重的次生灾害,是天气预报业务的重点也是难点。近年来,随着观测技术的快速发展和观测站点的不断增加,可用观测资料的质量和分辨率均得到了极大的提升,加之中尺度数值模式也逐步得到发展和完善,都为我们分析中小尺度对流系统的形成和发展机理提供了有利条件。本文选取“2010.7”和“2013.8”两次短时强降水的典型个例,首先利用常规观测资料和非常规观测资料从降水分布特征、大尺度环流特征及中尺度特征等方面进行了对比分析;进而,在资料分析基础上,利用WRF中尺度数值模式输出的高时空分辨率的模拟资料,对两次强降水过程中尺度对流系统的环境条件、触发机制及动、热力学特征等的差异进行了诊断分析。得到如下主要结论:1、两次强降水过程落区的时空分布特征存在一定的差异:“2010.7”过程的降水落区呈东北西南向带状分布,雨带集中,且降水集中在夜间;“2013.8”过程的降水落区有多个大值中心,降水多发生在白天,且极端雨强较强。小时降水量的变化特征分析显示,两次过程的中尺度系统的发展演变特征可能存在一定的差异。2、两次强降水过程在大尺度环流特征上存在相似之处,在高空出现高空急流,低空出现低空急流和切变;然而高低空急流的发展演变特征存在一定的差异,500hPa的环流形势存在明显差异,这是导致两次过程降水落区和强度存在差异的原因之一。3、不同的大尺度环境背景,产生的短时强降水的中尺度特征也不同。两次过程分别受不同中尺度对流云团的影响,不同阶段的雷达回波在强度和结构上也存在较大差异。首先,“2013.8”过程主要受本地生成型的MαCS的影响。强风速辐合使MαCS得以发展和维持。“2010.7”过程受有“列车效应”的带状中尺度对流系统的影响。其次,两次过程的第一阶段都生成了有组织的线状对流;第二阶段都生成片絮状对流回波,片絮状对流回波受切变或地型影响加强,尽管强度不大,但降水效率较高。另外,“2013.8”过程中MCS的减弱与正闪频次的增加及负闪频次的减弱相对应。4、WRF数值模拟结果与实况接近,数值模拟试验也表明,适当提高模式分辨率可有效提高小时雨量的预报。虽然两次强降水过程的能量锋区存在一定差异,但强降水均出现在暖区。两次强降水过程在低空急流出口区的正前方均在低层为对流不稳定,锋面抬升是强对流的触发机制。但位于低空急流出口区左侧的中小尺度对流系统的触发机制却不同,“2013.8”过程的中小尺度的触发机制为冷平流加强导致的温度差动平流增强,而“2010.7”过程的中小尺度对流系统的发展则与低空急流上的中小尺度辐合(即急流脉动)有关,另外,次级环流也促进了对流系统的发展。水汽的辐合程度与急流和切变之间的夹角有关,但与降水强度没有直接对应关系。强降水对动力条件的要求高于水汽辐合条件。
高守亭, 孙建华[5]2008年在《北京奥运期间异常天气预测关键技术》文中研究表明在科技攻关和交流的基础上,先后建立了9210资料接收系统;发展和建立了集成数值预报模式系统中的核心数值模式;建立了以MM5为基础的实时预测系统(MMM5);建立了叁维强对流云数值模式系统;开发了雷达资料进入模式的临近预报关键技术。更主要的是利用集成数值预报模式系统及建立的临近预报新方法,对2002年～2005年6～8月及2007年夏季的北京市暴雨、高温及日常天气进行了实时预测,并利用强风暴模式对2002年7月15日～8月15日及2003年7月1日～7月31日的北京市强对流天气进行了实时预测。取得了实时预测经验,在今年8月对奥运期间赛事天气进行了实时无缝隙预报,特别对开幕式和闭幕式的天气都提前了36小时做出了准确无误的预报,并把预报结果及时传递到北京市气象局及国家气象中心,出色顺利地完成和超额完成了项目计划中的任务。
崔雅琴[6]2006年在《叁维对流云数值模式的改进与应用》文中研究指明近年来中国科学院大气物理研究所已建立和发展了一个具有人工影响天气催化模拟功能的叁维对流云数值模式(简称IAP-CSM3D)。为了更合理地模拟人工催化冰晶的作用,本文对该模式中催化部分的人工冰晶参数化方案进行了改进,将人工冰晶和自然冰晶作为两种不同的冰晶分开来处理,把人工冰晶作为单独预报量,并考虑播撒粒子是按一定谱型分布的。假定人工播撒粒子的谱型与自然冰晶谱型相似,为双参数粒子谱,推导出人工冰晶与其它水成物粒子之间发生相互作用的微物理过程参数化方程,列出有关微物理过程的源汇项,给出人工冰晶比含水量和比数浓度的预报方程。并对Grads作图界面进行相应的修改,使改进后的叁维对流云模式所模拟的微物理过程可以直观的通过图形界面显示出来。 利用改进后的叁维对流云数值模式,详细模拟了2005年7月8日发生在辽宁省朝阳市的一次冰雹云天气过程,模拟的自然云与实际观测较为吻合。进而进行了不同剂量、不同播撒时间的AgI催化剂播撒试验,结果表明,当催化剂量由少到多增加时,降雹量越来越少,但当催化剂量增加到一定的值时,降雹量不再继续减少,因此,催化剂的用量并不是越多越好。使用相同剂量的催化剂在不同时间进行播撒,发现随着催化时间后移,降雨量是增大的,而降雹量是先减少后增加。使用改进前和改进后的模式分别进行催化试验,改进前后的模式都取得了较好的催化效果,但是在催化部位、时间、剂量相同的情况下,改进后模式的消雹效果要比原模式好。本文还分析了人工冰晶的微物理过程。 另外,本文使用改进后的叁维流云数值模式模拟了发生于3个不同地区的强对流风暴个例,发现冰雹的产生与强上升气流区有较好的对应关系,模拟自然云雷达回波能比较好的显示出强对流风暴的特征,并总结出较好的催化时机。
王佳[7]2008年在《WRF模式在调节大气降水的数值试验研究》文中研究指明在全球气候变暖的大背景下,大气环流异常,洪涝和干旱极端天气事件频繁,复杂多变的天气给大型露天活动安排带来困难,社会需要气象部门通过合理的调节大气降水来缓解降水强度、分布不均匀给人类社会带来的不利影响。大气降水形成过程分析表明水汽输送、垂直速度、云滴增长条件直接影响大气降水的强度和分布。本文将利用新一代中尺度WRF模式,结合2005年9月22日影响南京地区的积层混合云及2007年8月28日晚溧阳地区的对流云降水过程进行调节大气降水的数值试验,研究云中上升气流、云滴增长条件的变化对大气降水的影响。研究结果表明:(1)WRF模式成功模拟2005年9月22日一次积层混合云降水过程,并对大片的降水云系中局部降水云过量引晶,引晶后降水云回波强度减弱,地面降水量减少。(2)物理过程分析表明,过量引晶后降水云内的对流加强,上升气流将冰晶抬到更高的高空,高空云水含量少,影响冰质点的增长,大量小冰晶在高空向四周流散,云体消散,地面降水量减弱。(3)成功模拟2007年8月28日晚影响溧阳地区的对流云后,对该对流云适量引晶,对流云强回波面积扩大,平均回波强度增加,区域内地面降水量增加。(4)对流云引晶后,在上升气流的作用下高空冰晶、雪、霰大粒子的含量显着增加,相应的低空雨水含量增加,使得区域内地面降水量增加。
雷蕾[8]2007年在《低涡混合云系和降水的宏微观结构特征研究》文中提出本文采用各种常规天气资料、NCEP／NCAR再分析资料和FY-2C卫星、TRMM卫星及多普勒天气雷达等遥感资料，结合MM5中尺度数值模式模拟研究了2005年6月25-26日一次低涡过程在我国中东部形成的混合云系和降水的宏微观结构特征以及形成机制。通过对常规以及遥感资料分析发现：低涡东移北抬过程中，由于混合云系不同部位存在不同的动力、热力以及水汽条件，云系结构十分不均匀，黄淮流域出现八个中尺度对流云团，冷云盖亮温可达-90℃以下，对流十分旺盛。受其长达十几小时的生消演变活动影响，河南25日14时至26日07时出现大范围降水，局地出现强降水。分析TRMM卫星对于6月25-26日的混合云系和降水的观测发现：层云降水率远远小于对流降水率，后者是前者的四倍；对流降水的雨谱明显比层云雨谱宽，层云降水中＜10mm的降水是主要的，而对流降水中10～20mm的降水占了主要地位。层云降水廓线与对流降水廓线也存在明显的区别，粒子增涨的范围和高度差别较大，对流降水中播撒—供应机制显着，并且暖雨碰并过程也比层云充分的多。进一步利用MM5v3.7中尺度数值模式对这次天气过程的天气形势、云场特征、降水分布、雷达回波等特征进行模拟研究，并且分析该低涡混合云系产生降水的湿热力、动力结构，不稳定度，云内的微观结构特征以及形成降水的微物理过程。结果表明：模拟的天气形势、云系、降水等特征与实况比较接近。低涡混合云系降水较强的区域不稳定指数大，可以达到产生暴雨的级别，降水区外围不稳定指数小；较强降水区低层很湿，动力场的辐合把水汽向上输送促使了云系的对流发展，这是空中云水向降水转化非常重要的条件。降水过程中云内的微物理结构也发生了很大的变化，整个过程云水含量比较丰富，但冰晶含量相对较少，初始时雪、霰含量非常少，25日14时之后迅速增加，因此初始时刻降水主要表现为暖雨特征，随后由于云体发展，出现大量雪、霰粒子，降水则表现为冷云降水为主，暖雨过程为辅，两者共同作用特征。通过各种资料以及模式的结合分析与研究，本文对低涡天气系统下形成的混合云系和降水分布形势、结构的不均匀性、微物理特征以及产生的物理机理等有了比较全面的认识。降水云系的各种尺度结构特征明显，不同尺度之间存在相互作用和反馈，降水的形成往往是由于大尺度背景场、中尺度环境以及云内微物理过程共同作用的结果。因此，全面研究云和降水的宏微观结构特征对于天气预报中降水的精确预报以及人工影响天气合适作业部位的选择都有重要意义。
樊明月[9]2007年在《初始扰动对对流云发生发展影响的数值模拟研究》文中认为本文利用探测和数值模拟方法，研究了初始扰动对对流云发生发展的影响。分析CaPE(Convection and Precipitation／Electrification)资料，表明水平对流卷(horizontal convective rolls)能够触发强对流。但仅从原始探空资料，分析强对流发生发展潜力的能力很有限。原始探空资料经过飞机探测的最大湿度订正后，计算分析表征强对流发展潜力的各参量，结果表明，下列几种情况可以发生强对流过程：(1)边界层厚度与自由对流高度基本上相等；(2)对流有效位能大同时对流抑制能量绝对值小；(3)对流抑制能量绝对值小同时中层相对湿度大；说明探空资料经过合理订正后，上述因子能够作为强对流发生的有效预报因子。本文利用完全弹性叁维冰雹云模式，设计3种扰动方案，即湿泡、热泡和湿热泡，进行初始扰动对对流发展影响的数值试验；在热泡扰动方式下，又根据不同水平扰动半径、扰动厚度、扰动中心高度和扰动中心位温偏差等，模拟初始扰动对对流云发生发展的影响。模拟结果表明：(1)扰动范围相同，采用湿热泡(位温偏差同热泡、湿度偏差同湿泡)扰动法时，对流发展速度快，强度大；采用热泡扰动法时，扰动主要影响对流发展的速度；采用湿泡扰动法时，则主要影响对流发展的强度；(2)模拟云顶高度相同时，采用热泡和湿热泡扰动，对流发展较快；湿泡扰动时对流云发展慢；但湿泡扰动时地面降水、降雹量均较大；而湿热泡扰动时地面降水、降雹量均最小。(3)在热泡扰动方式下，扰动中心位温偏差大小适当，仅增加扰动厚度或降低扰动中心高度均能使对流云发展更快、强度更大；适当减小水平扰动半径，能促使对流云提前发展，但会导致对流强度减弱；而增大扰动中心位温偏差，不但能增加对流强度，还能促使对流云提前发展；考虑层结条件，对流云发展的强烈程度与层结不稳定性和初始扰动温度偏差均成正比；层结越不稳定，启动对流所需条件越低，初始扰动增加对对流云的影响越小。
巴特尔, 单久涛, 巩迪[10]2007年在《呼和浩特强对流天气的数值模拟分析》文中进行了进一步梳理利用叁维积云数值模式模拟了呼和浩特地区强对流天气的发展过程,并结合实时雷达回波资料进行了对比分析,指出模式输出的部分物理量与理论值、雷达回波或地面天气及降雹(水)实况符合得较好。从对模式输出的几个物理量的统计分析,得出利用叁维积云数值模式预测强冰雹过程的概念模型。结果表明,叁维积云数值模式能用于模拟对流云特别是强对流云的发展过程,可在人工影响天气业务工作中应用并不断发展。
参考文献：
[1]. 强对流云数值模式系统开发与应用[D]. 孙海燕. 南京气象学院. 2004
[2]. 强暴雨中尺度系统发展结构和机理的非静力数值模式模拟研究[D]. 冯伍虎. 兰州大学. 2006
[3]. 冷云人工增雨效果统计评估方法的改进与应用研究[D]. 孙跃. 成都信息工程大学. 2016
[4]. 东北地区两次典型强降水过程分析[D]. 云天. 兰州大学. 2016
[5]. 北京奥运期间异常天气预测关键技术[J]. 高守亭, 孙建华. 高科技与产业化. 2008
[6]. 叁维对流云数值模式的改进与应用[D]. 崔雅琴. 南京信息工程大学. 2006
[7]. WRF模式在调节大气降水的数值试验研究[D]. 王佳. 南京信息工程大学. 2008
[8]. 低涡混合云系和降水的宏微观结构特征研究[D]. 雷蕾. 南京信息工程大学. 2007
[9]. 初始扰动对对流云发生发展影响的数值模拟研究[D]. 樊明月. 南京信息工程大学. 2007
[10]. 呼和浩特强对流天气的数值模拟分析[J]. 巴特尔, 单久涛, 巩迪. 自然灾害学报. 2007