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1、吉林省一次典型的中尺度对流雨带综合探测分析 金德镇 郑娇恒 谷淑芳 张景红 李茂伦 齐彦斌 甘露林 米长树 吉林省人工影响天气办公室长春1 3 0 0 6 2 摘 要 本文对 2 0 0 3年 7月 8日吉林省一次典型的中尺度对流云雨带进行了事先有周密飞行设计方案的人工增雨和综合探 测利用天气卫星雷达和机载 P M S及 G P S等综合资料首次给出了吉林省典型的中尺度对流云雨带的宏微观探测 结果进一步探讨了降水机制及人工增雨潜力, 给出了作业前后云团微物理变化范围为人工增雨的效果评估提供科学依 据 关键词人工增雨微物理滴谱含水量浓度 1 引言 吉林省是东北地区主要农业大省长期以来自然降水不足
2、特别是西部地区十年九旱近年来 由于自然气候变迁和人类活动的共同影响地面植被受破坏地表地下水资源短缺所以采用科学的 手段实施科学的人工增雨是开发空中云水资源解决干旱的有效途径之一吉林省已有四十五年人工 增雨的外场作业历程积累了较丰富的作业经验取得了一些可喜的研究成果中尺度对流云雨带对于 解决局部干旱起着至关重要的作用, 但多年来由于受探测装备老式飞机等多种因素的影响一直对中 尺度对流云雨带没有进行飞机入云探测2 0 0 3 年吉林省政府拨专款购买了一架装备较先进的运1 2 E 型人工增雨专用飞机并与中科院大气所合作, 飞机上安装了全套美国进口P M S 探测设备自行研制 的机载G P S 定位数
3、传系统及机载宏观探测设备为了抓住典型的中尺度对流云雨带人影科技工作 者提前进行了周密的飞行探测设计方案并对 2 0 0 3 年 7 月 8 日吉林省一次典型的中尺度对流云雨带进 行了综合探测首次获得了珍贵的中尺度对流云带探测资料资料的综合分析表明中尺度对流云雨带 含水量最高达 9 . 8 7克/ 米 3 增雨潜力大播撒液态干冰L C O2 效果明显从中得出了一些有价值的 结果为今后的人工增雨提供科学依据 2 天气形势 2 0 0 3 年 7 月 8 日我省部分地区产生了强降水8 - 1 4 时平均降雨为 3 5 m m 该次降雨的云层条件为 积层混合云影响系统主要是高空槽和和地面切变线大的降水
4、产生在高空冷涡及地面切变线附近降 水的有利条件为副高稳定加强西南急流的建立和加强大气上冷下暖的不稳定条件以及存在中尺度 对流云团的发展见该日 0 8 : 3 0 时的卫星云图 1 a 在该日 0 8 时的 7 0 0 h p a 8 5 0 h p a 和地面图上都有闭合 的低压圈见图 1 b 1 c低压北部风场 W S W - E N E 辐合云主体主要分布在辐合区磐石县是云带的中 轴点我们是在磐石以北对其进行了探测和催化作业 图 1 a 2 0 0 3 年 7 月 8 日 0 8 : 3 0 时卫星云图 图 1 b 2 0 0 3 年 7 月 8 日 0 8 时 7 0 0 h o a 形
5、势图 图 1 c 2 0 0 3 年 7 月 8 日 0 8 时 8 5 0 h p a 形势图 图 2 2 0 0 3 年 7 月 8 日飞行 3 飞行探测情况 该日飞机 06:58 时从长春起飞依次经过伊通盘石烟筒山双阳长春09:48 降落见图 2 07:5408:24 时飞机在盘石以北 20km 至桦甸以西 10km 左右的位置进行飞行探测和实施液态 CO2作为 催化剂的增雨作业作业探测的高度为 3 8 0 0 m 在此高度上飞行三圈第一圈探测时间为 0 7 : 5 4 - 0 8 : 0 5 第二三圈播撒液态 C O2对云体进行催化其作业时间为 0 8 : 0 5 0 8 : 2 4
6、作业之后我们进行了间断云顶 探测作业地点探测和云体中下部探测 接近云顶探测的高度为 5 3 0 0 m 0 8 : 2 4 0 8 : 3 4在 08:44-08:55 时飞机在桦甸北北西 20km 处进行 飞行探测也就是我们作业之后进行了作业云层的作业效果探测在该探测层共飞行四圈该日飞行探 测的云层为对流云层与以往飞行探测的层状云层条件不同在 1600-2000m 高度上有一层层积云我 们实施增雨作业的云层其云底高度为 3000m零度层高度为 3600m间断云顶高度为 5300m所谓间断 云顶就是我们探测作业飞机时而在云上飞行时而入云飞行在云中飞行观察到云很黑霰粒多霰 粒打到机仓内飞机颠簸重
7、飞机结冰重地面有降雨等特点该日飞行的高空风向为 2 3 0风速为 1 2 - 1 3 m / s 高空风向正好与我们飞行的航路相一致又因为该日飞行作业及探测是根据该日天气情况 事先进行设计有计划进行飞行探测的这样以保证我们作业前后能够探测到同一块云的位置使分析 作业效果时理由更充分 4 微观资料观测结果及分析 图 3给出了该次探测 2 D C探头测得的总粒子浓度和总含水量随高度变化的曲线图 4给出了 F S S P - 1 0 0 2 档即量程为 1 直径在 2 . 0 - 3 2 m探头测得的总粒子浓度和总含水量随高度变化的曲线 图 5 给出了作业前后及云顶和云层中下部大粒子 2 D C探头
8、 大粒子 2 5 - 8 0 0 m 的粒子谱平均变化曲线 表 1 也给出了作业前后大粒子的微物理值 从图 3 可以看出2DC 探头测得的总粒子浓度最大值出现在 08:30:46即 5199 米高度5的位 置上为 1062.1 个/m3粒子浓度的大值区在 5020m5.8 08:29:02 开始至 5287 米7.8 之间即从 4996m 开始逐渐增大然后是次增大随后逐渐减小总含水量最大值为 9.87g/m3出现在 08:33:24即高度为 5331 米0.5的位置上含水量在云层 5100m 至 4400m 为最大区两者的次大 值区在零度层至 4000m 高度上 这就是说 对流云层的大粒子含水
9、量和粒子浓度的大值区出现在云体的 上部从图 4 可以看出FSSP-100 探头测得的总粒子浓度和总含水量在 2000m 以下有一高值这是 Sc 云中小云滴作用的结果其总粒子浓度和总含水量在 4000m 附近为大值区次大值区在零度层附近次 次大值区在云体的中上部 图 3 2 D C 总粒子浓度和总含水量随高度变化的曲线 图 4 F S S P - 1 0 0 总粒子浓度和总含水量随高度变化的曲线 图 5 说明 1 1 5 档的直径变化是从 2 5 m - 8 0 0 m 从小到大的次序探测的 从第 3 档开始探测到的是直径大于 1 0 0 m 的粒子浓度值 第 8 档探测到的是粒子直径在 3 5
10、 0 . 6 m - 3 7 5 . 3 m 的粒子浓度值 图5 作业前后云中大滴谱分布 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 1234567891 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 直径变化 浓度( 1 / L ) 作业 云顶 探测 3 3 0 0 m 表 1 催化前后 2 D C 探头微观物理量的变化 时 间 云中位置 温度 变化量 N d 1 0 0 m 1 / L 2 D C W g / m 3 2 D C D平均m 2 D C W g / m 3 热线含水量仪 平均值 2 3 . 0 3 1 . 4 8 9 3 2 1 3 . 7 9 0 .
11、6 8 4 8 0 7 : 4 1 : 4 0 - 0 7 : 5 3 : 3 2 云中零度层探 测 0 变化范围 0 . 2 - 9 7 0 . 0 0 2 6 - 8 . 2 8 8 7 . 2 5 - 3 4 9 0 . 1 - 2 . 5 平均值 1 8 . 8 0 1 . 2 7 1 8 2 . 2 6 0 . 8 2 8 3 0 7 : 5 4 : 1 0 - 0 8 : 0 5 : 0 5 云中作业层探 测 1 . 8 变化范围 0 . 1 - 1 4 7 . 9 0 . 0 0 0 1 - 9 . 2 5 4 2 . 3 5 - 3 0 5 . 8 3 0 . 1 - 2 .
12、8 平均值 1 7 . 5 6 0 . 8 0 4 5 1 8 5 . 0 7 0 . 8 1 0 8 : 0 5 : 4 7 - 0 8 : 1 5 : 1 0 云中作业层作 业 2 . 0 3 变化范围 0 . 1 - 1 2 1 . 1 0 . 0 0 0 6 - 5 . 2 8 5 3 . 7 1 - 3 4 8 . 5 0 . 1 - 2 . 5 平均值 3 0 . 0 8 1 . 0 0 9 4 1 4 1 . 5 2 1 . 1 6 5 8 0 8 : 1 5 : 3 7 - 0 8 : 2 4 : 2 2 云中作业层作 业 2 . 1 1 变化范围 0 . 2 - 1 8 0
13、. 8 0 . 0 0 0 4 - 7 . 4 5 4 3 . 0 5 - 3 2 5 . 4 3 0 . 1 - 3 . 3 平均值 2 6 5 . 2 1 3 . 1 5 8 1 5 6 . 0 7 0 . 2 0 2 8 0 8 : 2 4 : 4 2 - 0 8 : 3 4 : 3 0 接 近 云 顶 探 测 7 . 8 变化范围 3 9 - 6 5 2 . 9 0 . 1 9 2 - 9 . 8 7 9 0 - 2 2 3 . 2 1 0 - 0 . 3 平均值 1 2 4 . 2 6 2 . 5 6 1 7 3 . 2 3 0 . 4 7 2 7 0 8 : 4 4 : 4 5 -
14、 0 8 : 5 5 : 2 2 作业层效果探 测 1 . 8 变化范围 7 . 4 - 4 8 8 . 2 0 . 0 7 1 4 - 9 . 7 2 9 2 . 2 7 - 3 3 9 . 9 8 0 - 1 . 6 平均值 9 . 6 8 0 . 5 3 4 4 2 0 4 . 6 8 0 . 3 2 3 2 0 8 : 5 6 : 4 2 - 0 9 : 0 9 : 5 5 云体中下 部探测 0 . 3 7 变化范围 2 . 9 - 3 6 . 2 0 . 0 3 9 1 - 3 . 2 5 1 2 5 . 3 6 - 3 7 1 . 8 5 0 . 1 - 0 . 5 表 1 说明其
15、中 N 为总粒子浓度值W 为粒子总含水量值D 为粒子直径 通过对该次飞行作业探测及作业之后效果的微物理结构分析见图 5 和表 1 表 1 中 N 为总粒子浓 度值W为粒子总含水量值D为粒子直径可以看出液态 C O2作为催化剂实施人工增雨作业其增 雨效果是非常明显的 我们所知大粒子的滴谱变化和浓度变化反映了云中降水粒子变化所以我们分析云体中作业区域 在作业前后大粒子的变化也是对液态 C O2播撒技术进行人工增雨效果分析的一项指标我们探测到作 业后云中大滴的微物理量变化很大从图 5 图 5 为 2 D C 探头在作业前后各探测时段各高度上粒子谱 平均的变化图中作业线为作业之前及作业时在 3 8 0
16、 0 m高度上粒子谱浓度的平均变化探测线是作业 2 0 m i n 之后在作业区域进行效果探测时粒子谱浓度的平均变化云顶线为作业刚刚结束时探测的接近云 顶 即 3 8 0 0 m 高度上粒子谱浓度的平均变化 3 3 0 0 m 线为作业之后在云体中下部 3 3 0 0 m 高度上的探测值 可以看出接近云顶大粒子浓度在 6 档2 5 2 . 4 m 2 7 6 . 9 m 以前最高滴谱最宽云体中下部粒子滴 谱最窄浓度最低作业区域在作业前后比较作业线与探测线大滴滴谱尤其是 1 0 0 m 4 0 0 m 的大粒子浓度增大滴谱明显变宽作业以后在 2 档5 4 . 9 m 7 9 . 6 m 出现一浓度极值为 5 5 . 2 5 个/ L 从滴谱上看到粒子平均直径也增大云中大粒子增多 图 6 液水及过冷水含量变化曲线 图 6 说明图中的时间序列每一格代表 3 0 秒表示 0 7 : 3 0 - 0 9 : 4 5之间的探测过程作业探测时间为 0 7 : 5 4 - 0 8
