《吉林省层状云中过冷水含量分布特征及降水潜力分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《吉林省层状云中过冷水含量分布特征及降水潜力分析（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、吉林省层状云中过冷水含量分布特征及降水潜力分析 刘健1于勇2蒋彤2陈知新2米长树21 南京气象学院研究生部南京 2 1 0 0 0 0 2吉林省人工影响天气办公室 长春 1 3 0 0 6 2 摘 要 2 0 0 1 年2 0 0 2 年利用美国粒子测量系统P M S 对吉林省 5 - 7 月降水性层状云在实施人工增雨作业的同时进行了科研探测取得了一批资料对这些资料进行计算后得到以下结论1 . 不同云层的配置其云中过冷水含量不同吉林省的降水性层状云主要分为三种云型N s A s o p - S c o p A s t r a 其中 N s云型的云中过冷水含量最大达到0 . 2 7 3 7 g
2、/ m3其次是 A s o p - S c c o p 云层其过冷水含量为 0 . 1 6 9 3 g / m3过冷水含量最小的云层结构为 A s t r a , 过冷水含量为 0 . 1 0 5 4 g / m32 . 云中过冷水含量与云底高度为负相关与过冷层厚度为正相关. 3 . 三种云型的云中过冷水含量距0 层高度的分布为: 在距 0 层高度以上 4 0 0 - 6 0 0 米高度范围内过冷水含量达最大之后随着距 0 层高度的增加云中过冷水含量迅速减小4 . 三种云型的人工增雨潜力有所不同可播度为 8 6 % , 即N s 云型潜力最大达 4 1 . 3 % , 其次是 A s o p
3、- S c o p 云型潜力为 2 8 . 4 % 潜力最小的云型为 A s t r a , 为 2 6 . 6 % 关键词过冷水含量 云层配置 人工影响潜力 1 引 言 云中过冷水含量是云中重要的微物理要素之一特别是在人工增雨工作中该物理量显得尤为重 要因为目前催化云层多为系统性层状冷云就层状冷云人工增雨的潜力条件而言云中的过冷水 含量是最重要的参数之一12001 年2002 年利用中国科学院大气物理研究所引进的美国粒子测 量系统PMS在吉林省对 5-7 月的降水性层状云进行了探测本文针对这两年 PMS 系统所取得的 微观资料中的云含水量资料进行处理分析找出在不同的天气背景下云中过冷水含量在
4、云中的 分布特征根据 Bergeron 提出的关于冰晶水滴共存水滴蒸发和冰晶凝华增长的降水理论可知云中 过冷水含量的多少及云体过冷却部分是否缺乏冰晶是衡量云中降水转化效率的主要指标因此对降 水性层状云中过冷水含量分布特征的了解可以为人工增雨外场作业中寻找过冷水含量大值区进行 播撒提供理论依据从而减少了在外场作业中存在的盲目性进一步提高人工增雨的效率 2 观测和资料处理 2001 年2002 年利用美国粒子测量系统PMS对吉林省 5-7 月的降水性层状云在进行人工增 雨作业的同时进行了科研探测该套系统是目前国际上大气探测领域中最先进的探测系统之一观 测中同时使用三个探头Fssp-100前向散射粒
5、子谱仪量程为 0.5-47 m,OAP-2D-C二维光阵云滴 谱探头量程为 25-800 m,OAP-2D-P二维光阵雨滴谱探头量程为 200-6400可以测量大气中气 溶胶云滴雨滴冰晶以及雪晶的尺度谱分布本文主要研究云中过冷水含量的分布因此主要 对 Fssp-100OAP-2D-C 所取资料进行云中过冷水含量分析在分析微观资料时主要对低于 0的 云中液态含水量根据 OAP-2D-C 探头二维图像资料区分液态水和固态水进行计算计算时根据 需要按时间进行平均按每分钟平均或按高度进行平均按每 100 米平均这样就算出了整个云 层的过冷水含量的分布情况 2001 年2002 年分别取得 198 架次
6、微观资料在飞行过程中由于各种原因会造成取样的完整 性配套性较差因此可用来分析比较完整的资料 2001 年为 9 架次2001 年为 4 架次共 13 架次资料 3 结果分析 3 . 1 不同云层配置的云中过冷水含量分布特征 3 . 1 . 1 通过分析 2001 年 2002 年的宏观资料 我们发现吉林省 5-7 月的降水性层状云主要可分为三 种类型.Ns 云型.Asop-Scop 云型.Astra 云型如图 1 图 1 三种不同降水云层的配置 从图 1 中可以看出 它们的结构一般在 1000m 左右到低于 3000m 为层积云 3000m 左右到低于 6000m 为 Asop 云Ns 云底高
7、度一般在 1000m 左右,云顶一般低于 6000mNs 云层最厚, Asop-Scop 云层中间有夹层为分层结构, .Astra 云层一般发生在系统的前部或尾部,因此该云层较薄. 3.1.2 利用 Fssp 探头OAP-2D-C 探头的微观资料分别计算了三种云型的云中过冷水含量计算时 采用按时间进行平均按每分钟平均计算结果如表 1从表 1 可以看出垂直结构为 Ns 的云层 中其过冷水含量最大达到 0.2737g/m3,其次是 As-Sc 云层其过冷水含量为 0.1693g/m3,过冷水含量 最小的云层为 Astra,其值为 0.1054g/m3 表 1 不同云层中的过冷水含量 云型 飞行架次
8、 过冷水含量g / m3 N s 2 0 . 2 7 3 7 A s - S c 6 0 . 1 6 9 3 A s t r a 5 0 . 1 0 5 4 这种差异的产生与天气系统有关当出现垂直结构为 Ns 的云层时与之配合的天气系统一般 来说范围大 冷暖空气活动比较活跃 暖湿空气较强 云层较厚 因此云中过冷水含量大 而 Asop-Scop 结构的云层其天气系统范围较小低层水汽输送较少整层云的含水量较小而 Astra 云层一般在 系统的前部或尾部刚刚进入吉林省或处于消散阶段因此云中过冷水含量最小 3 . 2 云中过冷水含量距层高度的垂直分布 根据 PMS 所探测到的微观资料我们计算了三种云型
9、的云中过冷水含量距 0层高度的变化情 况为了便于对比分析分别对三种云型的云中过冷水含量按距 0层高度每百米间隔进行计算 通过计算得到了三种云型云中过冷水含量距 0层高度的分布情况经过三点平滑得到图 2图 3 图 4需要说明的是吉林省所取探测资料一般是与抗旱相结合的因此所分析的资料主要是作业层 的资料云顶的资料较少 从以上图中可以看出三种云型的云中过冷水含量距 0层高度的垂直分布大体一致即 在距 0 层高度以上约 100 米处过冷水含量较小 随着距 0层高度的增加 过冷水含量增大 Ns Asop-Scop 云层过冷水含量最大值出现在距 0层高度以上 600m 左右处其最大值分别为 0.2963g
10、/m3 0.1705g/m3Astra 云层中过冷水含量最大值出现在距 0层高度以上 400m 左右处其值为 0.1555g/m3之后随着距 0层高度的增加云中过冷水含量迅速减小 这种分布特征的产生与吉林省的天气结构有关据吉林省历史探测资料统计2在吉林省降水 性层状云中0层以上约 400-600 米处云中的上升气流速度最大所托附的液滴最多因此在此高 度范围内产生了过冷水含量大值区 3 . 3 云中过冷水含量与云底高度过冷层厚度的关系 本文对三种云型的 13 架次宏观资料进行了统计分析 对与过冷水含量有关的宏观因子 云底高 度过冷层厚度0层高度云厚暖层厚度等采用逐步回归的方法进行统计计算3计算结
11、 果如下 w=-0.38-0.98x1+1.26x2 (1) R复=0.88 F(2,10)=17.52 R1=-0.68 R2=0.88 查数理统计表 F0.01(2,10)=7.56 由于 F(2,10)F0.01(2,10),所以逐步回归方程1显著其中 R1R2分别为过冷水含量与云底高 度过冷层厚度的相关系数w 为云中过冷水含量x1为云底高度x2为过冷层厚度从逐步回归 方程可以看出云中过冷水含量主要与云底高度和云的过冷层厚度有关从计算出的相关系数可以 看出吉林省降水性层状云中过冷水含量与云底高度是负相关即云底愈低过冷水含量愈大反之亦然与过冷层厚度为正相关即过冷层愈厚过冷水含量愈大反之亦然
12、 4 人工降水的可播度及潜力分析 4.1 人工降水的可播度 由 F S S P - 1 0 0探头O A P - 2 D - C探头所探测到的微观资料分别计算了每一架次两个探头的总粒 子浓度如表 2根据人工影响天气岗位培训教材给出的北方层状冷云人工增雨可播度判别指 标4 由表 2 可以算出我省层状冷云人工增雨可播度为 8 6 % 即我省 5 - 7月 8 6 % 的层状冷云是可播 的 表 2 O A P - 2 D - C F S S P - 1 0 0 所测粒子浓度数 日 期 N2( L- 1) N1( c m- 3) 0 2 0 6 0 3 1 4 2 2 6 0 2 0 6 0 5 2
13、5 2 5 2 0 2 0 6 0 7 2 4 3 6 0 2 0 7 1 1 1 8 1 0 0 1 0 5 0 2 8 8 3 2 0 1 0 5 1 0 2 2 8 2 4 0 1 0 5 1 0 3 1 6 2 3 0 1 0 5 1 5 8 3 5 0 1 0 5 2 4 5 6 6 3 0 1 0 6 0 8 8 4 6 3 0 1 0 6 1 1 2 9 5 4 0 1 0 6 1 6 1 1 2 3 5 0 1 0 6 1 7 6 5 3 3 0 1 0 6 3 0 6 6 2 1 4.2 降水潜力分析 从云雾物理角度出发对层状冷云来说在负温区一定范围内有一定量的过冷水存在而且
14、还 存在一段时间我们就认为有一定的催化潜力并将此区称为人工催化潜力区4按照 PER5定义降水潜力为 =k1/k 其中 k 为在负温度区总飞行时间 k1为在负温度区飞行过程中过冷水含量大于 0.1g/m3的飞行时 间针对这三种云型分别计算出每一架次中过冷水含量大于 0.1g/m3的飞行时间,再计算出在负温 度区的飞行总时间,这样就分别求出三种云型的降水潜力如表 3 表 3 三种云型的降水潜力 云型 飞行架次 降水潜力 N s 2 4 1 . 3 % A s - S c 6 2 8 . 4 % A s t r a 5 2 6 . 6 % 从表 3 可以看出在吉林省降水性层状云中Ns 云型的催化潜力
15、最大达 41.3%,其次是 As-Sc 云型达 28.4%,人工影响潜力最小的云型为 Astra,只有 26.6% 5 小结 利用机载 PMS 系统所获取的资料研究吉林省层状云中过冷水含量的分布 对于寻找人工增雨潜力区指导人工增雨外场作业具有重大的指导意义研究表明 1吉林省的降水性层状云主要分为三种云型NsAsop-ScopAstra,其中 Ns 云型的过冷水 含量最大达 0.2737g/m3;Asop-Scop 云型次之达 0.1693g/m3;Astra 云型最小,达 0.1054g/m3 2 三种云型的过冷水含量与云底高度成负相关 与过冷层厚度成正相关 即 云底高度愈低 过冷层愈厚其过冷水含量愈大反之亦然 3三种云型的过冷水含量距 0层的高度分布大体一致即在距 0层高度以上约 100 米 处过冷水含量较小随着距 0层高度的增加过冷水含量增大NsAsop-Scop 云层过冷水含量最 大值出现在距 0层高度以上 600m 左右处其最大值分别为 0.2963g/m30.1705g/m3Astra 云层中 过冷水含量最大值出现在距 0层高度以上 400m 左右处其值为 0.1555g/m3之后随着距 0层高 度的增加云中过冷水含量迅速减小 4经过计算可知吉林省降水性层状云可播度为 86% 5 三种云型的降水潜力不同 Ns 云型降水潜力最大 达 41.3%;As-Sc 云型次之 达
