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1、 1一次液态二氧化碳消冷雾试验 岳治国1 )余 兴2 )梁 谷1 )谢 军1 )李 燕1 )1)陕西省人工影响天气中心西安710015 2)陕西省气象科学研究所西安710015 摘 要 采用喷洒液态二氧化碳的方法对 2 0 0 2 年 1 2 月 1 3 日一次冷雾进行人工引晶催化试验催化后在影响区产生了降雪并提高了能见度试验取得了明显的效果为今后的进一步人工消雾试验奠定了基础 关键词 冷雾液态二氧化碳能见度 1 引言 雾是一种常见的天气现象大雾给交通航运输变电站等造成严重的障碍给国民经济带来大的损失通常形成辐射大雾时的大气非常稳定就象是个密闭盒子阻碍了近地面空气的扩散同时雾滴中溶有大气污染物
2、使其危害更大国内外多次做过人工消冷雾的尝试如用液氮干冰等等作为催化媒介得到了消雾有效地证据陕西省人工影响天气中心 2 0 0 1 年从美国引进了人工消冷雾的专利技术 1 即采用通过在冷雾中播撒液态二氧化碳减轻雾带来的危害2 0 0 2 年 1 2 月 0 9 日至 1 6 日全国大范围长时间的大雾天气提供了天然的雾试验室 陕西省人工影响天气中心利用这次机会进行了人工消冷雾试验 试验中采用此项专利技术以期获得消雾的证据 2 天气形势 2 0 0 2 年 1 2 月 1 3 日 0 8 点 5 0 0 h P a 天气图上河套到新疆有一弱脊陕西省大部地区处于脊前西北气流控制5 0 0 h P a
3、西风多波动7 0 0 h P a 从北向南有低值风场切变低层有南风发展 由于前期有降水天气地面空气湿度明显增大底层空气趋于饱和在弱气压场和逆温层控制下水汽在辐射冷却后就形成了雾2 0 0 2 年 1 2 月 1 3 日陕西关中地区为持续稳定大雾天气图 1 为 1 3 日 1 0 : 1 3 风云 1 D 卫星的监测图像显示关中地区被浓雾覆盖地面天气微风陕西关中地区气象观测站无降雪天气现象 国家科技部西部开发科技行动重大攻关项目( 2 0 0 1 B A 9 0 1 A 4 1 ) 和 2 0 0 2 年国家科技部科研院所社会公益研究专项资金面上项目 人工消冷雾新技术试验与研究共同资助此文已向气
4、象科技投稿 2图 1 1 3 日 1 0 : 1 3 风云 1 D 卫星的监测图像 图 2 2 0 0 2 年 1 2 月 1 3 日西安 0 8 时探空曲线图 实线为温度层结虚线为露点层结 从 1 3 日西安站 0 8 点探空图 2 得逆温层底高度为 7 8 5 m 可视为冷雾的顶高西安0 8 点逆温层的厚度为 6 8 3 m 逆温强度为 1 . 0 7 / 1 0 0 m 逆温层较为稳定 2 试验方案 图 3 试验场地示意图 陕西省人工影响天气中心消冷雾试验区选在临潼机场 机场示意图见图 3 根据试验场地地形风向风速和观测项目的要求2 0 0 2 年 1 2 月 1 3 日选定机场辅助跑道
5、一段长 3 5 0 m宽 5 0 m 作为这次消冷雾试验的播撒区0 8 点临潼机场的气温为- 4 . 0露点- 4.5能见度 20m风向东北风速 2m/s 3在播撒区上风向播撒区和播撒区下风向依次布设 3 个地面气象要素观测点图 3间距约 3 0 0 m 采用轻便风速仪和阿斯曼通风干湿表进行观测每 5 - 1 0 m i n 观测一次温度风向风速能见度因首次试验无法准确确定降雪区域故设立一个降雪观测小组在播撒区周边寻找降雪区域因气温低于 0阿斯曼通风干湿表湿球结冰故没有观测湿球温度 图 4 可调式液态二氧化碳播撒设备和喷头 在 0 8 : 2 5 三个地面观测点布设完毕3 台播撒车辆在播撒区相
6、隔 7 m 一字形并肩排开每台车装有播撒液态二氧化碳设备图 4均使用 2 个 0 . 6 m m 喷头 3 作业实施 0 8 : 3 0 1 0 : 5 0 3 辆作业车图 5 以 1 0 k m / h 的速度齐头并进沿西南- 东北方向播撒作业播撒宽度约 2 5 m 在设定的 1 k m 区域内反复作业整个播撒过程共 2 小时 2 0 分累计播撒液态二氧化碳 4 0 0 余公斤播撒高度约 3 m 播撒率约为 4 8 g / s 相当于每个 0 . 6 m m喷头播撒率 8 g / s 图 5 消冷雾作业汽车 图 6 喷向空中的液态二氧化碳 44 试验结果 图 7 3 个地面固定观测点温度风速
7、和能见度随时间变化曲线图 实线为 1 号观测点记录短虚线为 2 号观测点记录点线为 3 号观测点记录 图 8 作业后降雪区域景象 0 8 3 0 至 1 1 0 0 机场平均风向为东北相对湿度平均 9 8 % 气压 1 0 3 5 h P a 三个地面固定观测点在试验前后的观测结果为地面温度基本在- 3 左右图 7 a平均风速约为 1 . 1 m / s 图 7 b水平能见度在 1 5 - 3 0 m 图 7 c垂直能见度低于 1 0 m 无明显变化这是一次非常好的试验条件各要素在试验期间非常稳定 0 9 : 0 0 在试验区下风向 1 k m 以外的区域内观测到降雪出现 作用区范围约为播撒的
8、液态二氧化碳在水平风速的输送 2 0 至 6 0 m i n所到达的区域 播撒作业结束后 0 . 5 h停止降雪 持续时间 2 h 降雪区域面积约为 4 k m 3 k m 横向距离的拓展主要受风向的影响0 9 : 3 0 在降雪区域内能见度明显改善水平能见度达 3 0 0 m 左右图 8降雪范围大体为图 3 中阴影区域由于雾层深厚7 8 5 m且在地面播撒不能在垂直方向上使雾全部消除随时间雾会向消除区扩散如果雾厚度小于 3 0 0 m 则有可能使雾消除阳光照射到消雾区消雾5区就可以维持并随太阳照射作用消雾区会逐渐扩大此时在降雪区域以外水平能见度依然维持在 1 5 - 3 0 m 左右垂直能见
9、度低于 1 0 m 1 1 : 0 0 降雪停止降雪厚度达 1 . 5 毫米在周围未受液态二氧化碳播撒影响区仍无明显降雪和积雪经过降雪出现时间持续时间降雪落区与作业区距离范围等综合分析系由液态二氧化碳播撒引起 5 分析和小结 这种人工消冷雾的机理可解释为 通过向冷雾中播撒液态二氧化碳 冷却产生人工冰核并假设在某一区域的冷雾中人工冰核的水平扩散是均匀的 冰核都在瞬间核化 冰晶的总数守恒 人工冰晶由于其生长时相变所释放的潜热 产生的浮力将引起冰晶在空气中缓慢的上升 并伴有水平输送 大量的冰晶在上升过程里因这种生长和相变所释放的潜热缓慢而源源不断地产生着上升浮力以支撑冰晶在冷雾中长时间的滞留生长 上
10、升至一定高度 当冰晶长到足够的大小上升气流不再能托住它而产生下落形成降雪过程能见度转好这避免了传统干冰引晶在动力学上的不足 2 减小了垂直向的潜热释放积累扩大水平向影响范围促使上升气流的发展缩短了冰晶生长所需的时间克服了 A g I 引晶在高温区的成核率低雾滴向冰晶转化的过程缓慢在动力学上较弱的缺陷 3 用这种新技术进行人工消冷雾试验在我国尚属首次 试验结果可见 这种消冷雾的技术是可行的 取得了明显的消冷雾效果 得到了消冷雾播撒区和影响区的相对位置和扩散的特征为近一步研究探索消冷雾技术奠定了基础 致谢本文得到陕西省人工影响天气办公室人工消雾外场试验的全体同志的大力支持和热情帮助在此一并致谢 参
11、考文献 1 Fukuta.Mehtod an Apparatus for Modification of Supercooled FogP.United States Patent:US005628455A,1997- 05- 13. 2 N.Fukuta,K.Wakinmizu,K.Nishiyama,et al.Large,unique radar echoes in a new, self- enhancing cloud seeding J.Atmospheric Resesrch,2002,55(12):271- 273. 3 Norihiko Fukuta.Project Mountain Valley Sunshine- Progress in Science and TechnologyJ.Journal of Applied Meteorology,1996,35(9):1483- 1493.
