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行业专项成果综述-江淮对流云结构特征及增雨作业指标研究

发布者:张岳   来源:   发布时间:2018/4/10 16:28:54   标签:   浏览次数:835

项目编号GYHY201306040

研究周期20131—201512

国拨经费301万元

项目负责人】袁野

项目骨干成员】于波,姚展予,胡志群,陈宝君,魏鸣,唐仁茂,周述学,黄勇,吴林林,杨光,李爱华,朱士超,李德俊,朱明佳,贾烁,石燕,纪雷,鲁德金,冯晶晶,袁正腾,陈英英,金祺,刘姝媛,李建邦,王磊,孙莉娟,曹亚楠,王云,郑小艺

项目承担单位】安徽省人工影响天气办公室

项目协作单位】中国气象科学研究院,南京大学,南京信息工程大学,湖北省人工影响天气办公室

主要研究成果

1、建立江淮对流云综合观测数据集

针对江淮地区对流云特性,以新一代多普勒天气雷达为主,辅以双偏振雷达、激光雨滴谱仪、GPS-MET、加密探空等观测设备,设计江淮对流云综合观测方案,利用多普勒天气雷达网、GPS/MET网、中尺度气象观测网等开展宏观探测;利用3部车载双偏振雷达、8套激光雨滴谱仪等开展微观探测;利用连续波雷达、微波辐射计、风廓线雷达、GPS加密探空等开展垂直探测。并在定远建超级观测站,集中布设垂直探测系统,形成综合观测,双偏振雷达布在定远20—40km区间内呈三角形,实现联合观测,每部双偏振雷达附近布设有1套雨滴谱仪,开展雷达滴谱反演。在江淮地区,开展了对流云综合观测,共观测到各类主要天气过程(IOP)27个,包括梅雨锋、飚线、台风、切变线、突发性对流等。建立了江淮对流云综合数据库,实现资料的统一归集与查询。

2、进一步完善了成对对流云效果评估方法

在外场催化试验期间,利用成对对流云效果评估方法,采用相似离度算法,以多普勒雷达产品为基础,综合考虑生成时间、空间距离、组合反射率、回波顶高、垂直积分液态水含量和风向等因素,实现对比云自动选取。利用SCIT对流单体识别跟踪方法确定目标云和对比云,通过目标云和对比云特征回波参量的演变和差异来评估人工增雨作业的效果。平均而言,目标云的生命期、组合反射率、回波顶高和垂直积分液态水含量分别比对比云大66%、5.6%、5.6%和14.7%。生命期、组合反射率、回波顶高和垂直积分液态水含量适宜作为物理检验评估指标。

3、进一步认识对流云宏微结构特征及其演变规律

利用综合观测资料,基于卫星云图对流云识别与分类方法,分析了江淮地区夏季对流云时空分布特征和分类特征,并与青藏高原和长江中游对流云特征进行了对比分析;基于SCIT风暴跟踪技术,对观测期间收集到的35386个风暴单体,按照不同生命期、不同尺度分析了对流云强度、面积、体积、质量、顶高、冷层厚度、水平垂直轴比、对流性等特征及其演变规律;利用连续波雷达观测资料分析揭示了对流云垂直精细结构特征;利用双偏振雷达观测,分析了对流云不同生命期和不同尺度的不同粒子谱分布特征及其演变特征。通过分析,进一步认识了对流云宏微结构特征及其演变规律。

4、进一步认识江淮对流云降水机制及其催化机制

利用三维云模式模拟研究了多个江淮夏季对流云个例,基于这些模拟结果,提出江淮夏季对流云降水的微物理概念模型:云雨自动转化过程是雨水一个重要来源,霰(雹胚)在降水发展中有着重要作用,其融化是雨水的最重要来源,且对下沉气流以及对流二次增长也有重要作用。数值催化试验表明:在对流云发展初期,在上升气流区播撒碘化银增加云中霰(雹胚)的数量,其淞附增长下落融化不仅增加了雨水的含量,也增强了下沉气流和对流的二次发展,最终导致降水增加。其中,催化前期降水增加主要是霰融化造成,后期增加主要是催化增强对流二次发展导致云雨自动转化增强的结果。催化产生了明显的微物理和动力效应,并使地面降水分布改变。

5、进一步揭示江淮地区对流云精细垂直结构特征

通过调频连续波雷达高时空分辨率垂直探测分析,进一步揭示了江淮地区对流云强度、粒子下落速度的精细垂直结构特征。发现三类主要对流云型精细垂直结构特征:孤立对流云,云内回波呈波状排列结构,回波强度逐波次加强,垂直方向上存在明显的次级环流,且其上部有典型的云砧出现;簇状对流云,呈明显簇状排列,强度总体偏弱,回波顶高大部分低于6km,降水粒子落速随着高度的降低逐渐增大;非线状对流云,对流云镶嵌在层云中,层云区域有清晰的粒子融化带,厚度约为0.2 km,嵌入对流云顶高于层云云顶,无融化带,降水粒子的垂直落速在融化带附近快速变化,融化带上部粒子下落速度小,融化带下部下落速度大。

6、建立了江淮地区对流云增雨作业成套指标体系

通过江淮地区对流云宏微观结构特征探测与分析,结合数值模拟和人工增雨外场试验及效果评估,分析了江淮对流云降水形成机制及其催化响应机制。建立了江淮对流云人工增雨作业成套指标体系,具体包括:作业潜势预报指标、作业条件判别指标、作业催化指标、效果评估指标等。首次建立了对流云人工增雨作业全流程的成套指标体系,并投入业务应用,为国内开展对流云人工增雨作业提供依据。

成果应用情况

项目研究成果,2014年起相继投入业务应用,利用建立的对流云增雨作业成套指标体系和技术方法成果,研制开发了省级业务指导产品,完善了现行的业务系统,增加了业务功能,为安徽省对流云人工增雨作业提供了业务产品和技术支撑。

提高了省级业务指导能力。

项目成果逐步投入业务应用以来,依托成套指标体系、技术方法等成果,安徽省研制开发了“人影作业需求分析”、“人影作业条件预报”、“作业条件预警”、“地面作业指导”和“人影作业效果评估”等省级五段业务产品,投入全省业务应用,增加了省级业务系统中人工增雨作业潜势预报、作业条件判别和效果评估等功能,较好地提高了省级人影业务指导能力,在2014-2016年期间全省人工增雨作业中发挥了重要作用,为缓解关键农事期旱情、保障夏种秋种正常进行做出积极贡献,促进了人影工作社会影响力显著提升。

促进人影作业效益进一步提高。

本项成果业务应用以来,通过科学判断增雨条件、精细化作业、加强安全监管等技术,进一步提高了人工增雨作业的针对性,有效增加了人工增雨作业效果,人工增雨经济效益得到进一步提高。2014—2016年,安徽省实施人工增雨作业增雨量逐年增加,直接经济效益达3.94亿元。同时人工增雨作业通过有效增加地面降水,在改善空气质量、生态资源保护、降低火险等级、增加水库蓄水、增加冬雪景观等方面提供更好的服务,产生了良好的生态效应。

推动了江淮对流云增雨技术的发展。

    本项目通过多项技术的研究与应用,揭示江淮地区对流云精细垂直结构特征,提出了新的对流潜力识别方法(V-3θ),进一步认识了江淮对流云降水机制和催化机制,建立了江淮对流云人工增雨作业成套指标体系,为对流云相关技术研究和增雨技术发展起到了一定的推动作用。

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