三江源地区典型层状云系微物理特性和人工增雨催化响应的飞机观测研究

Identification of the cloud liquid supercooled water is a difficult problem, also the focus of the current research on cloud seeding. Due to limited conditions, there are few observational studies of the temporal and spatial distribution property of stratiform clouds liquid supercooled water and could seeding effects over Sanjiangyuan National Nature Reserve at present. This project through the strict designed plane observation, mainly use of nearly four years observation data of DMT(Droplet Measurement Technologies), based on the research new methods, discriminate the phase of cloud particles at different heights and distinguish cloud supercooled water effectively, analysis the microphysical property of typical stratiform cloulds over Sanjiangyuan National Nature Reserve. Meanwhile, we analysis and do a study on the microphysical effects of artificial rainfall seeding, in order to provide a basis for judging the condition of artificial rainfall this region, and a microphysical theoretical basis for verification of seeding effects.

云中液态过冷水的识别是个困难问题，也是云催化研究的焦点。目前仍缺乏对三江源地区层状云系液态过冷水时空分布特性及其云催化响应的飞机观测研究。本项目主要利用在该地区经过严格观测及作业方案设计的飞机机载云粒子测量系统资料，在研究云粒子相态综合判别方法，有效区分云中过冷水的基础上，分析三江源地区典型层状云系云系的微物理特性，并对飞机人工增雨催化的微物理响应进行观测分析研究，为该地区人工增雨作业条件的判断提供依据，为人工增雨催化效果的验证提供一定的微物理证据。

受冷锋天气系统影响产生的层状云系，是三江源地区秋季的主要降水云系，也是飞机人工增雨的主要作业对象。本研究主要利用该地区飞机观测试验期间的机载云粒子测量系统资料，通过云系微物理结构特征、云粒子相态的综合判定和粒子谱分布的分析，系统研究了云系的微物理特性，探讨了云粒子增长机制；通过飞机播撒AgI焰剂水平输送的分析，在确定作业前后有效对比区间的基础上，分析作业前后液态云粒子及冰晶浓度变化、粒子谱的演变和过冷水含量比率的变化，研究了层积云催化的微物理响应，为该地区人工增雨定量化科学指标的判定和效果检验提供了微物理依据。. 项目研究发现，该地区典型层状云系（Cs-As-Sc）在发展阶段分为4层（Cs和上层As为冰云，下层As和Sc为过冷混合态云），过冷水含量较丰富。具有较为明显的地区特征；提出了针对该地区混合态云层的云粒子相态综合判别方法，判别结果认为：Sc（下层As）中中值直径在3.5~18.5μm（3.5~21.5μm）之间的云粒子基本上为液相，中值直径大于21.5μm（24.5μm）的云粒子基本上为冰相；混合态云中，FSSP（前向散射粒子谱探头）所测高浓度区对应高含水量区，在Sc云和下层As云底高过冷水区，其过冷水含量比率的均值及标准差分别为69.9±19.4%、89.2±8.1%；各高度层FSSP平均粒子谱分布的谱型均为单峰型伽玛分布，混合态云和冰云的2DC（二维灰度云粒子探头）平均粒子谱基本上为负指数型分布，具有较为明显的地区特性。在冰云和下层As中，冰晶的增长可能仅限于凝华增长和冰晶之间的碰并增长，这种增长机制可能很难产生超过400μm的大冰相粒子；下层As中，冰晶凝华增长所需的水汽不仅来自云内的冰水转化，而且还来自于上升气流输送的外来水汽的补充。催化试验观测发现，锯齿型作业后约2–23min，在其航线下风方36km范围内，在过冷水含量大于0.01g/m3的高过冷水区，液态云粒子浓度明显减少，FSSP量程内的冰晶粒子浓度明显增加，冰相含水量增大，过冷水含量比率的平均值由作业前的68.3±23.1%减小至34.2±12.4%，在过冷水含量越高的区域催化效应越明显。