云和降水在低频强声波干预下的响应
《2024年近年来云降水物理和人工影响天气研究进展》范文

《近年来云降水物理和人工影响天气研究进展》篇一一、引言随着气候变化问题日益严重,云和降水成为了科学界广泛关注的重要课题。
云降水物理及人工影响天气研究旨在更深入地理解自然降水的形成过程和规律,并利用这些知识,在需要的时候,采取合适的技术手段来调整和干预天气状况。
近年来,云降水物理和人工影响天气研究在多领域技术及理论支持的基础上,取得了显著进展。
本文将对这一领域的发展状况及重要发现进行阐述和探讨。
二、云降水物理的研究进展云降水物理研究主要集中在探讨云的微结构和演变过程,以及与降水的形成机制。
近年来,通过高分辨率的卫星观测、雷达探测以及地面观测网络的配合,我们对云的形成、发展和消散有了更深入的理解。
首先,科学家们通过大量的实地观测和模拟实验,对云中水汽的凝结、凝华过程有了更深入的理解。
同时,对于云中粒子的生长、相互碰撞以及合并成雨滴或雪晶的过程也有了新的认识。
此外,对云内电场、云内化学过程以及云与大气的相互作用等问题的研究也取得了重要进展。
三、人工影响天气的技术发展人工影响天气技术是利用现代科技手段,对局部天气进行适当的调整和干预。
近年来,随着科技的发展,人工影响天气的技术手段也在不断更新和进步。
一方面,通过向云中播撒催化剂(如碘化银、干冰等),可以改变云的微结构和演变过程,从而影响降水的形成和发展。
另一方面,利用先进的雷达和卫星技术,可以实时监测云的动态变化,为人工影响天气的实施提供准确的决策依据。
此外,随着计算机技术的发展,数值天气预报模型也在不断优化和完善,为人工影响天气的实施提供了更准确的预测和决策支持。
四、人工影响天气的应用领域人工影响天气的应用领域广泛,主要包括增雨(雪)、防雹、消雾、消云等多个方面。
在增雨(雪)方面,通过适当的技术手段,可以在干旱地区增加降水,或者在雪灾严重的地区增加降雪量,以缓解灾害的影响。
在防雹方面,通过改变云的微结构和演变过程,可以减少冰雹的形成或减小其大小。
在消雾和消云方面,通过适当的催化剂播撒或改变环境条件,可以降低雾或云的浓度,提高能见度。
10—20_d_和30—60_d_低频振荡对华南前汛期持续性暴雨的影响差异及机制研究

doi:10.11676/qxxb2024.20230033气象学报10—20 d和30—60 d低频振荡对华南前汛期持续性暴雨的影响差异及机制研究*臧钰歆1 徐邦琪1 高迎侠2ZANG Yuxin1 HSU Pang-Chi1 GAO Yingxia21. 南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心,南京,2100442. 内蒙古大学生态与环境学院,呼和浩特,0100211. Key Laboratory of Meteorological Disaster of Ministry of Education/Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters,Nanjing University of Information Science and Technology,Nanjing 210044,China2. School of Ecology and Environment,Inner Mongolia University,Hohhot 010021,China2023-03-02收稿,2023-08-09改回.臧钰歆,徐邦琪,高迎侠. 2024. 10—20 d和30—60 d低频振荡对华南前汛期持续性暴雨的影响差异及机制研究. 气象学报,82(2):137-154Zang Yuxin, Hsu Pang-Chi, Gao Yingxia. 2024. The impacts of 10—20 d vs. 30—60 d low-frequency oscillations on South China pre-flood season persistent heavy rainfall: Comparison and associated mechanisms. Acta Meteorologica Sinica, 82(2):137-154Abstract Based on the persistent heavy rainfall dataset produced by China Meteorological Administration (CMA), the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Climate Prediction Center daily precipitation and Outgoing Longwave Radiation (OLR) dataset, and the ERA-Interim reanalysis product, this study analyzes relative importance of two types of low-frequency oscillations, i.e., 10—20 d and 30—60 d oscillations, for persistent heavy rainfall events during the pre-flood period over southern China. The associated mechanisms are diagnosed using the scale decomposed moisture equation and vertical velocity equation. The results reveal that the 10—20 d quasi-biweekly oscillation has a more significant impact on the intensity of persistent heavy rainfall events, while the 30—60 d intra-seasonal oscillation shows a higher correlation with the duration of heavy rainfall events. This result suggests that persistent heavy rainfall events are closely related to the occurrence and evolution of low-frequency precipitation anomalies. Based on the moisture budget diagnosis, it is found that the 10—20 d precipitation anomaly mainly comes from horizontal moisture advection induced by the interaction between wind perturbation and background moisture. For the 30—60 d precipitation anomaly, both the moisture advection and convergence processes make positive contributions to the accumulation of moisture anomalies, although advection process related to the interaction between background wind fields and 30—60 d moisture perturbation is the primary contributor. The upward motion anomaly, which results from vertical gradient of vorticity advection by the background wind–vorticity perturbation interaction, provides a favorable dynamic condition for the occurrences of both 10—20 d and 30—60 d precipitation anomalies. The above results suggest that better understanding of the scale interaction processes between low-frequency oscillations and background mean state in numerical models is the basis for accurate forecast of persistent heavy rainfall.Key words Pre-flood period, Low-frequency oscillation, Scale interaction, Persistent heavy precipitation摘 要 利用中国气象局发布的《区域性重要过程检测和评价业务规定》中对省级区域性暴雨过程的统计数据,NOAA 气候预测中心降水、向外长波辐射(OLR)资料以及ERA-Interim再分析资料,探讨了10—20 d和30—60 d两类低频振荡对华南前汛期持续性暴雨的相对重要性,并基于尺度分离的水汽方程和垂直速度方程诊断了相关物理机制。
黄南地区汛期云和降水特征的分析

图 )在 .m 其 对 降水性 质 按照 连续 、阵性 、混 合性进 行 统计 概率分 析 ( 2 。 日降水量 选择 01 m 以上 时 .
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概率 分析
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《近年来云降水物理和人工影响天气研究进展》篇一一、引言随着气候变化问题的日益严重,云降水物理和人工影响天气的相关研究已经成为现代气象学和大气科学的重要研究方向。
这些研究旨在更好地理解自然降水的形成过程,同时利用科技手段进行人工干预,以达到调整和优化天气条件的目的。
本文将概述近年来云降水物理和人工影响天气的研究进展。
二、云降水物理的研究进展1. 云微物理过程的研究云降水物理研究主要涉及云微物理过程,包括水汽凝结、水滴增长、云滴-雨滴转化等过程。
近年来,通过高分辨率的卫星观测、雷达探测以及地面实验等多种手段,科学家们对云微物理过程有了更深入的理解。
这些研究不仅有助于揭示自然降水的形成机制,也为人工影响天气的技术提供了理论基础。
2. 云的结构和演变研究除了云微物理过程,云的结构和演变也是云降水物理研究的重点。
研究者们通过高分辨率的数值模拟和现场观测,深入研究了云的形态、结构以及垂直演变等特征。
这些研究不仅有助于更好地理解云的动力学过程,还为预测天气变化提供了重要依据。
三、人工影响天气的技术进步1. 人工增雨技术人工增雨技术是人工影响天气的主要手段之一。
近年来,随着技术的发展,人们已经可以通过多种方式实现人工增雨,如向云层播撒催化剂(如碘化银)等。
这些方法不仅可以增加降水量,还可以调整降水的时间和空间分布。
2. 人工防雹技术针对冰雹等灾害性天气的防范,人们也开发了人工防雹技术。
这种技术主要是通过向特定区域播撒催化剂或释放特殊物质,以改变冰雹形成的条件或使其在形成过程中逐渐消散。
这种技术的成功应用可以大大降低冰雹等灾害性天气对人类生产生活的影响。
四、面临的挑战与展望尽管近年来云降水物理和人工影响天气的相关研究取得了显著的进展,但仍面临着诸多挑战。
首先,由于气候系统的复杂性,要准确预测和控制天气变化仍然具有很大的难度。
其次,现有的技术手段仍存在一定的局限性,如催化剂的播撒效率、人工干预的可行性等都需要进一步研究和改进。
气象技术在应急响应中的作用

气象技术在应急响应中的作用在我们的日常生活中,气象变化无时无刻不在影响着我们。
从简单的日常出行安排,到复杂的大型活动组织,气象因素都扮演着至关重要的角色。
而当面临突发的紧急情况时,气象技术的作用更是凸显无疑。
它就像是一位默默守护的“卫士”,为应急响应工作提供着关键的支持和保障。
气象技术能够为应急响应提供准确的预警信息。
想象一下,在暴雨即将来临之前,如果我们能够提前知晓,就可以及时采取措施,避免洪水的侵袭;在台风可能肆虐的前夕,如果能够提前收到警报,就能够提前疏散人员,减少生命和财产的损失。
气象卫星、雷达等先进的观测设备,能够实时监测大气的变化,捕捉到天气系统的形成和发展。
通过对这些数据的分析和处理,气象部门能够提前数小时甚至数天发出准确的气象预警。
这些预警信息不仅包括天气类型,如暴雨、大风、雷电等,还能提供详细的强度、持续时间和影响范围等关键信息。
这使得应急管理部门能够有针对性地制定应对方案,提前做好物资调配、人员转移等工作,从而最大限度地降低灾害带来的损失。
气象技术还能够为应急救援行动提供科学的决策依据。
在灾害发生后,救援工作的展开需要综合考虑多种因素,其中气象条件是至关重要的一环。
例如,在地震救援中,如果遇到强降雨天气,可能会导致山体滑坡和泥石流等次生灾害的发生,这就需要调整救援路线和方式;在森林火灾扑救中,风向和风速的变化会直接影响火势的蔓延方向和速度,救援人员需要根据气象信息来制定合理的灭火策略。
通过实时获取气象数据,救援指挥中心能够准确判断救援环境的变化,及时调整救援方案,确保救援行动的安全和高效。
此外,气象技术还可以帮助评估灾害的发展趋势,为后续的恢复重建工作提供参考。
比如,根据气象预测,判断洪水消退的时间,以便合理安排受灾地区的清理和重建工作。
在应急物资的储备和调配方面,气象技术也发挥着重要的作用。
不同的气象灾害需要不同的应急物资。
在寒冷的冬季,暴风雪可能导致交通瘫痪和电力中断,这就需要提前储备足够的保暖衣物、食品和应急发电设备;在炎热的夏季,高温和干旱可能引发水资源短缺,需要储备大量的饮用水和灌溉设备。
ENSO对中国南方降水低频变率的可能影响

ENSO对中国南方降水低频变率的可能影响张文君;雷徐奔;耿新;祁莉【期刊名称】《大气科学学报》【年(卷),期】2018(041)005【摘要】利用1979-2012年Hadley中心海表温度、中国2 474个台站逐日降水和NCEP/NCAR全球再分析资料,分析了不同类型ENSO事件秋冬季和次年春季中国南方地区10~30 d降水低频变率的变化特征.结果表明,中国南方地区10~30 d 降水低频变率对不同类型ENSO事件的响应存在显著的季节差异.EP型El Ni(n)o 的冬季和次年春季,低频降水变率显著增强;CP型El Ni(n)o秋冬季低频降水强度呈现相反的异常,秋季低频降水偏弱,而冬季则偏强;La Ni(n)a事件期间中国南方低频降水变率的变化较小且不稳定.进一步分析发现,ENSO对南方地区10~30 d低频降水变率的影响与西北太平洋地区季节平均大气环流背景场对ENSO的响应密切相关.相比正常年份,EP型El Ni(n)o冬春季菲律宾反气旋性异常环流的强度较强且范围较大,其西侧的异常西南风向中国南方地区输送了大量水汽,从而有利于低频降水的增强;CP型El Ni(n)o年秋季西北太平洋表现为气旋性环流异常,抑制了热带水汽向东亚大陆的输送,而冬季却产生了与EP型El Ni(n)o年类似的异常反气旋环流,只是强度有所减弱,因此中国南方地区低频降水强度在秋冬季呈相反异常.La Ni(n)a 年菲律宾附近虽然存在气旋性环流异常,但强度较弱,因而我国南方地区低频降水变率的响应也较弱.【总页数】11页(P585-595)【作者】张文君;雷徐奔;耿新;祁莉【作者单位】南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心,江苏南京210044;南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心,江苏南京210044;南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心,江苏南京210044;南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心,江苏南京210044【正文语种】中文【相关文献】1.中国南方夏季降水的年代际变率主模态特征及机理研究 [J], 李维京;刘景鹏;任宏利;左金清2.冬季和春季印度洋海温异常年际变率模态对中国东部夏季降水的可能影响过程[J], 徐志清;范可3.澳大利亚热低压的年际变化对中国南方地区冬季降水的可能影响途径 [J], 胡姗姗;刘倪;张蓬勃;熊世为;金华星;龚年祖;郁凌华4.热带低频振荡的强度和相位对中国南方冬季降水的影响 [J], 冯俊阳;肖子牛5.ENSO对中国冬季天气尺度气温变率的影响及可能机理 [J], 任曼琳; 张文君; 耿新; 刘超因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
2020年雾灵山人工低频强声波增雨和消雾试验
2020年雾灵山人工低频强声波增雨和消雾试验孙跃;肖辉;冯强;张云;舒未希;付丹红;杨慧玲【期刊名称】《应用气象学报》【年(卷),期】2024(35)1【摘要】为了研究人工低频强声波增雨和消雾作业手段的效果,使用最大声压级为155 dB的电声低频强声波装置原型机,于2020年8—9月在河北省雾灵山开展增雨和消雾外场作业观测试验。
具有明显消雾效果的两个典型个例显示:作业开始后2~3 min内尺度小于10μm的雾滴减少,尺度大于10μm的雾滴增多;随后大部分尺度的雾滴明显减少,10 min内能见度可从小于100 m回升至最高1000 m。
在风速、风向与消雾效果的关系方面,消雾效果明显的个例均发生在平均风速小于1.5 m·s^(-1)且风向可使雾能够途经声波装置影响范围近侧的条件下,而平均风速大于2m·s^(-1)的个例能见度几乎未出现趋势性变化。
在一次地面平均风速为1.4 m·s^(-1)的对流云增雨作业中观测到符合试验预期的结果,开始作业后的3 min内地面雨强从0.3 mm·h^(-1)迅速增至7 mm·h^(-1)以上,并观测到出现迅速但维持时间较短的大雨滴。
其他增雨个例在作业时段的平均风速均超过3 m·s^(-1),可能受风速偏大和观测点单一的影响,未能观测到明确且一致的增雨证据。
【总页数】13页(P90-102)【作者】孙跃;肖辉;冯强;张云;舒未希;付丹红;杨慧玲【作者单位】中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴重点实验室;中国科学院大学地球与行星科学学院;中国科学院空天信息创新研究院;国防科技大学气象海洋学院【正文语种】中文【中图分类】G62【相关文献】1.新型消暖雾催化剂与传统吸湿性催化剂消雾性能的室内对比试验2.液氮消过冷雾对冷云催化增雨的启示3.冷凝式消雾节水冷却塔消雾节水性能试验研究4.人工消雾试验中的雾微物理响应5.人工增雨能否冲破雾霾迷局目前还处于试验阶段因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
大范围持续性强降水过程与30~60 d低频降水的联系及其预报指数
大范围持续性强降水过程与30~60 d低频降水的联系及其预报指数魏晓雯;梁萍;何金海;穆海振【期刊名称】《热带气象学报》【年(卷),期】2015(031)001【摘要】研究低频振荡是目前开展强降水过程延伸期预报的有效途径.利用1981-2010年中国753站逐日的降水观测资料、NCEP/NCAR第二套再分析资料及实况天气图等资料,分析大范围持续性强降水过程与30~60 d低频降水的联系,并根据前期低频信号构造强降水过程预报指数.研究表明,(1)大范围持续性强降水过程与低频降水紧密相联,低频降水对强降水过程有显著贡献.在30~60 d低频降水显著年,强降水过程均发生在低频降水峰值阶段;但对于低频降水而言,仅有56%的峰值阶段发生强降水过程.(2)当低频降水峰值阶段发生强降水过程时,来自东北亚和南海的低频位势高度低值系统在长江中下游汇合, “南北高、中间低”的低频位势高度分布有利于低频气流强烈辐合,并在经向上形成两个完整的反向低频垂直环流圈,促进了上升运动发展,导致强降水过程发生;而对于低频降水峰值未发生强降水过程的情况,北方冷空气南下较弱,高纬度低频影响系统位置偏北,长江中下游附近表现为“南高北低”的低频位势高度分布和单圈垂直环流,不利于低频气流强烈辐合.(3)综合高、中、低纬的前期低频信号构造了强降水过程预报指数,对延伸期(10~25 d)长江中下游大范围强降水过程预报具有参考价值.【总页数】8页(P63-70)【作者】魏晓雯;梁萍;何金海;穆海振【作者单位】南京信息工程大学江苏南京210044;上海市气候中心上海200030;南京信息工程大学江苏南京210044;上海市气候中心上海200030【正文语种】中文【中图分类】P426.6【相关文献】1.大气30-60 d振荡特征及其与广东持续性强降水的联系 [J], 温之平;董灵英;吴丽姬;陈文2.延伸期逐日预报平台对强降水事件预报能力分析——以2016年4月持续性强降水过程为例 [J], 马浩;强玉华3.长江下游强降水过程低频指数和实时延伸期预报研究 [J], 杨秋明;黄世成;李熠;孙磊;徐萌;刘青元4.长江下游强降水过程低频指数和实时延伸期预报研究 [J], 杨秋明; 黄世成; 李熠; 孙磊; 徐萌; 刘青元5.湖南省汛期强降水的30~60 d低频振荡特征及延伸期预报指数研究 [J], 周莉;兰明才;蔡荣辉;姚蓉因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
ENSO对中国南方降水低频变率的可能影响
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云中湍流特征及其在云降水中的作用研究进展
第5期现在上升气流区顶部附近,为0.1m2·s-3,特征尺度为500~1000m,云中湍流耗散率的平均值约为最大值的50%。
黄兴友等(2020)利用地基毫米波雷达对2016年8月8日四川稻城的一次层状云过程云内湍流进行了反演并分析其特性,发现云内湍流耗散率在云底、云顶较大,云内较小,量级在10-8~10-2m2·s-3。
通过飞机、雷达及高山站原位观测发现了云中湍流具有不均匀性和非平稳性,明确了云中湍流强度在水平及垂直方向上的分布特征,得出了不同类型云中的湍流耗散率的大小。
获得湍流的上述特征对正确理解云中湍流非常重要。
因云中湍流的复杂性及观测设备的局限性,湍流对云及降水的影响还需要结合理论计算、数值模拟等手段进行研究分析。
2湍流在云降水中的作用研究湍流对云和降水的影响因其复杂性一直是云物理学中较难解决的科学难题之一(Grabowski and Wang,2009)。
湍流可提高液滴几何碰撞速率和碰撞效率,与仅考虑重力碰并时的碰撞率相比,可使液滴之间的碰撞率增加好几倍,进而促进降水快速形成及地面降水量的增加。
另外,大气中气象条件(包括云微物理量本身)的起伏会加快云滴的重力碰并生长速度,对降水过程起着十分重要的作用。
2.1云中湍流特性及其对随机凝结增长的影响20世纪60年代,国内外研究者开始通过理论计算的方式研究气流起伏对云滴随机凝结增长的影响。
顾震潮(1962)总结国内外云滴谱的理论研究后指出在云滴谱的研究中应该考虑气象条件起伏对云滴形成过程的作用。
顾震潮和詹麗珊(1962)计算了云中小水滴浓度有起伏时的云雾滴生长特征,发现在起伏条件下,由凝结增长形成的比较窄的云滴谱,也可以比较快的长出大云滴,这是均匀重力碰并做不到的。
周秀骥(1963)发展了云滴生长的随机理论和暖云降水的微物理机制,发现对于半径1~20μm的云滴生长和形成来说起伏凝结与湍流电碰并共同起着重要作用,在一定的湍流强度下,完全可以在10~30min内形成半径为20μm左右、浓度为每立方厘米10个的大云滴。
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前言
➢天空中蓬松的云朵里,蕴藏着惊人的水汽资源。中国大气水年均资源 总量达22万亿吨,空中水资源开发潜力巨大,如何利用空中水资源是一 个重大问题。
➢一个多世纪以来,人类一直在寻求各种技术去影响天气过程,试图改 变自然水资源条件,如图所示:
声波大气干预技术的主要机制
➢ 发现声波触发效应:在声波开启/关闭作用的触发下,云层回波强度、 云水含量、云滴平均等效粒径和降雨强度都会发生显著性变化;
➢ 发现云层对声波的跟随效应:不论是Ka还是Ku波段,上述各个变量 值在试验过程中均发生了明显起伏波动,起伏过程基本与声波发生 器的启停过程吻合;
➢ 发现高雨强区:在离声波发生器0.5 km的范围内雨强是最大的,明显 大于1 km以外的雨强,由雨量采集板和雨量筒两种测量方式的数据 显示,声波作用中心区雨强比周围分别高17%和11%。
➢声波大气干预技术的主要机制是通过声波的机械波动将声波能量赋予 大气及其所含的颗粒物。
➢具体而言,低频率高声强的声波会激发云体,使之发生窄幅振荡;云 滴颗粒的同向团聚效应、共辐射压作用和声波尾流效应等声致凝聚机理, 引起云滴相对运动加剧;云滴之间产生更大概率的碰撞及融合,加速水 汽的凝结,快速增加雨滴粒径,促发降雨。
低频强声波大气干预试验
➢ 人工影响天气是一个富有争议却又极其诱人的研究领域,效果 评估是其核心关键。
➢ 声波干预大气的研究挑战也来自于阐释低频强声波与云层的相 互作用以及增雨效果。
➢ 该论文介绍了研究团队开展的外场声波增雨试验若干结果,加 深了对低频强声波与云层的相互作用的认识,提供了量化评估 声波增雨效果的多重角度,发现了声波影响云雨过程的一系列 证据,在很大程度上支撑了声波增雨的效果,为进一步开展声 波增雨科学研究提供了重要参考。
声波大气干预技术的主要机制
低频强声波大气干预试验
青海大学与清华大学 王光谦课题组魏加华、
裘钧等在Science China Technological Sciences 发表论文,
研究了云和降水在低 频强声波干预下的响 应。
低频强声波大气干预试验
➢ 此次外场声波增雨试验于2017年3月29日在西宁市城北区青海大学校 内实施,共历时131分钟,声波发生器陆续启停,共开启3次,分别 维持15分钟、37分钟和30分钟。得到以下试验结果: