【好文共享】云降水和人工影响天气暖云催化数值模式研发与应用进展

科技   2024-08-14 17:41   甘肃  
揭秘天气魔术师的秘籍
—人工增雨与暖云催化
暖云是指云中冰相过程对降水形成不起主要作用的云,在中国南方地区是主要的降水云。自20世纪40年代以来,多个国家通过外场试验、数值模拟和室内云物理试验,证实了向云内播撒大颗粒盐粉和燃烧吸湿性焰剂能够改变暖云微物理过程并影响地面降水。中国气象局人工影响天气中心的沈淑婧等系统回顾了暖云催化数值模式研究进展,介绍了几类主要的微物理参数化方案,依次阐述了基于各类方案的暖云催化模式研发进展,总结了暖云催化模式在人工增雨、消雾、消减雨、实际作业效果评估及暖云催化机理研究方面的应用,并提出了当前存在的问题及未来发展与改进方向。



微物理参数化方案




主要微物理方案的云和降水粒子谱分布示意图

微物理参数化方案主要分为Bulk方案、Bin方案、拉格朗日超级粒子方案和混合方案,这些方案在很大程度上影暖云催化数值模式的表达形式及具体功能



暖云催化数值模式研发进展

自20世纪70年代以来,暖云催化数值模式经历了由定常到时变,从一维和二维到三维的发展阶段。基于不同微物理方案的系列暖云催化模式均得以研发,并在云降水物理和人工影响天气领域发挥了重要作用

基于不同类微物理方案的暖云催化数值模式研发进展



暖云催化数值模式应用进展

催化剂种类和剂量、催化部位和时间、云系性质及热动力环境均会影响作业效果。为了探究吸湿性催化剂对暖云或暖雾人工影响的适宜条件和效果。暖云催化数值模式在人工增雨、消雾、消减雨、实际催化效果评估及暖云催化机理研究等方面得到广泛应用。研究普遍认为半径1 μm以上的盐粉或焰剂、在发展初期的云底上升气流区播撒可达到较好的增雨效果。

吸湿性催化影响暖云示意图
(a)橙色表示通过飞机、火箭或地面烟炉播撒的吸湿性催化剂,橙色椭圆范围内为影响区;(b)~(d)播撒大核、巨核和超级巨核的增雨机理,橙色粒子为吸湿性催化剂、人工云滴或雨滴

研究展望

暖云催化数值模式目前呈现多种类发展,并开展多角度应用,但对于研发符合实际物理过程且计算高效的吸湿性催化模式、基于新模式完善机理研究并开展实际效果评估等方面仍存在局限性,未来仍需突破以下关键技术或关键科学问题:

(1)基于混合微物理方案的暖云催化数值模式的实现为更多模式后续发展提供了可行且优化的方向。
(2)研发并业务应用暖云催化数值模式、实现对播撒型和燃烧型吸湿性催化剂飞机作业、地面烟炉、高炮和火箭作业的实际催化模拟是需要填补的空白。
(3)基于催化模式对播撒型和燃烧型吸湿性催化剂开展增雨、消减雨、消雾等适宜剂量、粒径、催化时间和部位的研究仍需使用更合理的催化模式通过系列敏感性试验总结针对不同云类型的共性及特性结论,对暖云/雾滴谱拓宽的深入研究也是认识吸湿性催化机理的关键,需加强上述研究,为实际作业提供参考,并通过外场观测和催化试验对结论进行验证。



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《地球科学进展》是由中国科学院西北生态环境资源研究院和国家自然科学基金委员会地球科学部联合主办的综合性、学术性刊物,主编傅伯杰院士。期刊多年被国家科技部评为中国精品科技期刊,2023年入选中国地学领域高质量科技分级目录T1区,被《中文核心期刊要目总览》《中国科学引文数据库核心版》(CSCD)、Scopus、GEOBASE、EBSCO、美国化学文摘(CA)等国内外重要数据库收录。发文领域涉及:地质科学、大气科学、海洋科学、地理科学、环境科学、地球化学、地球物理学和空间科学等。

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