云降水結(jié)構(gòu)與演變特征的遙感觀測分析

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1、第一章引言近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，人們對天氣預(yù)報精細化程度的要求越來越高，如何提高預(yù)報精細化能力問題己經(jīng)成為氣象工作者要面對的一個重要研究課題。同時，我國又是一個水資源嚴重短缺的國家，合理開發(fā)利用空中云水資源、開展有效的人工增雨作業(yè)是緩解水資源短缺的一個重要途徑，人工增雨就是根據(jù)降水機制的不同采取不同方法，通過改變局部降水的一個環(huán)節(jié)，從而引發(fā)整個降水過程的改變、促進降水增加的技術(shù)。人工增雨的研究對象是降水系統(tǒng)和降水云系，其尺度范圍涉及中Gt、中p、中丫和微物理尺度等，這些復(fù)雜的中小微尺度結(jié)構(gòu)是分析人工增雨作業(yè)條件、確定云系催化技術(shù)指標，科學(xué)實

2、施播云增雨的基礎(chǔ)，也是作業(yè)設(shè)計和效果檢驗的基礎(chǔ)。因此，加強對降水云系結(jié)構(gòu)研究，加強對降水形成機制的研究，不僅是提高精細化天氣預(yù)報能力的一個有效途徑，而且對確定有效的增雨作業(yè)條件具有重要的意義。云和降水的形成發(fā)展除了受動力、熱力條件影響外，其云和降水的宏微觀物理結(jié)構(gòu)對降水的發(fā)展也起著重要的作用。利用各種手段探測和研究云降水結(jié)構(gòu)，具有重要得意義。微波輻射計、多普勒雷達和衛(wèi)星遙感資料等各具有不同的時空觀測尺度優(yōu)勢，利用遙感資料及地面觀測資料來綜合分析和追蹤降水云系的結(jié)構(gòu)特征和發(fā)展演變，分析云系降水的結(jié)構(gòu)特征和增雨潛力條件已經(jīng)成為學(xué)者們關(guān)注的一個重點。加強對各種

3、遙感觀測資料的使用研究，了解不同天氣系統(tǒng)下云降水結(jié)構(gòu)的特征，不僅對深入認識云降水物理具有重要的科學(xué)意義，而且對實施降水的精細化預(yù)報和提高增雨作業(yè)條件識別能力具有重要的應(yīng)用前景。以下就研究涉及的云系綜合觀測及云雨結(jié)構(gòu)研究、遙感資料等各種觀測資料的發(fā)展應(yīng)用、研究進展等方面做一簡單的介紹。1．1云水資源及云降水結(jié)構(gòu)研究的進展1．1．1我國云雨結(jié)構(gòu)的研究我國云微物理的觀測研究起步于1958年，各地結(jié)合人工增雨工作開展了大量的觀測研究。云雨結(jié)構(gòu)的研究是多年來我國氣象工作的研究重點，游來光等指出認真做好作業(yè)天氣條件的研究、分析，較準確地判斷天氣系統(tǒng)產(chǎn)生的降水范圍、強

4、度、持續(xù)時間以及主要降水區(qū)域，是制定作業(yè)方案的依據(jù)。近年來，利用我國開展外場試驗所獲取的資料，大量針對云系多尺度結(jié)構(gòu)特征的研究工作開展了起來：在利用探空、雷達、衛(wèi)星等綜合加密觀測的基礎(chǔ)上，汪學(xué)琳等研究了蒙古氣旋的天氣云雨特征及其人工增雨潛力，王以琳等對山東省人工增雨作業(yè)期間南方天氣系統(tǒng)和江淮氣旋、黃淮氣旋的云雨結(jié)構(gòu)和人工增雨播云條件進行了綜合分析，劉玉寶等對新疆冬季降水的中小尺度結(jié)構(gòu)進行了分析，陳楠還在統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上對寧夏30年層狀云、對流云及混合云降水的時空分布及環(huán)流特征進行了綜合分析，周毓荃等對2002年4月4．5日的一冷鋒氣旋層狀云降水中的云系特

5、征和降水特點及云和降水的微物理結(jié)構(gòu)特征等進行了多尺度的研究，這些研究從宏觀到微觀揭示了典型云系的云雨特征，周毓荃等還提出了人工增雨的多尺度條件及其監(jiān)測預(yù)測問題，為其它天氣類型的云雨結(jié)構(gòu)的研究提供了很好的思路。1．1．2飛機直接探測云微物理特征的研究現(xiàn)狀上世紀80年代初期以來，在我國的一些觀測試驗中開始使用PMS系統(tǒng)。陳萬奎等在1986年對四川春季一次層狀云宏微觀特征和降水機制進行了研究，1987年做了融化層附近降水粒子微物理特征的個例研究，同年利用PMS還對新疆冬季一次系統(tǒng)降雪過程進行了探測。廖飛佳等在1987年11月16日利用PMS對新疆北部沿天山一帶

6、的冬季層狀云微物理結(jié)構(gòu)進行了觀測。分析發(fā)現(xiàn)，下層云云頂之上有層云引晶催化，影響了下層云微物理結(jié)構(gòu)特征，使下層云由過4冷液態(tài)水云向冰水混合云轉(zhuǎn)化，并有發(fā)展成冰云的趨勢。樊署先對1994年6月28日的一次降水云系PMS探測資料進行分析后認為，層狀云中的中小尺度降水云區(qū)(本次共探測到76個云區(qū))91％的云區(qū)寬度小于10mk，這是造成地面降水分布不均勻的物理原因，探測到的液態(tài)含水量(LwC)最大值出現(xiàn)在一5V層附近，說明此處云中液態(tài)水較多，且與催化劑碘化銀的成冰閡溫較一致，故在此豐水區(qū)作業(yè)后，有利于貝吉龍過程的充分發(fā)展，人工催化的潛力較大。張連云等利用PMS探測

7、資料分析了山東省層狀云的云及降水的微物理特征。蘇正軍等則是分析了青海省春季降水的微物理特征。陳文選等利用PMS觀測資料對黃淮氣旋降水性層狀云中的微物理特征、降水時段、云中微物理量分布間的關(guān)系進行了綜合分析，結(jié)果表明，過冷水含水量以O(shè)．001．0．19／cm3為主，約占78．1％。過冷水寬度以小于15km為主，占88．2％。過冷水滴的尺度譜分單峰和雙峰(或多峰)兩類，單峰譜粒子以小滴為主，雙峰譜存在大量20～30um的云滴，后者有利于冰晶的淞附增長。雪晶濃度主要在0．01．1．0Ld之間，平均直徑一般小于1．0mm。處于同樣降水時期的云系，其中的微物理如過

8、冷水出現(xiàn)的頻率、平均過冷水含量、雪晶的平均濃度和直徑等，都是具有明顯的差別的。2