【摘要】：水不僅是地球系統(tǒng)中的重要組成部分,更是人類賴以生存的重要資源,而我國的水資源短缺形勢卻比較嚴峻,因此,人工增雨是解決這一問題的重要手段。但目前云和降水的宏微觀過程尚未被人類所完全而準(zhǔn)確地掌握并得到準(zhǔn)確的預(yù)報,因而使用何種手段與方法來科學(xué)而又準(zhǔn)確地評估人工增雨的效果并對催化作業(yè),以提高作業(yè)效果進行科學(xué)指導(dǎo)仍然是一個亟待解決的問題。因此,人工增雨的效果檢驗,不僅是氣象業(yè)務(wù)工作的一項重要業(yè)務(wù)內(nèi)容,更是大氣科學(xué)的一個重要的學(xué)術(shù)問題。目前,我國絕大多數(shù)采用非隨機化人工增雨催化作業(yè)方法進行人工增雨作業(yè),而如何對其效果進行評估至今仍然存在很大困難,且由于我國增雨作業(yè)的背景條件和實際需求均與其他國家存在較大不同,我們并不能直接套用其他國家的評估技術(shù)方法。因此,進一步開展適合我國的人工增雨效果評估技術(shù)方法及應(yīng)用研究是非常必要。我國的冷云催化多以AgI催化為主,因此,本文以冷云催化特別是AgI催化的效果評估為主線,結(jié)合國內(nèi)多個省份的歷史雨量數(shù)據(jù)、雷達數(shù)據(jù)及作業(yè)信息,研究了冷云人工增雨效果統(tǒng)計評估方法的改進及應(yīng)用問題。其中針對飛機大范圍層狀冷云催化主要研究催化影響區(qū)的計算以及雨量網(wǎng)格插值對效果評估統(tǒng)計模型及結(jié)果的影響,并據(jù)此開發(fā)實用性強的桌面級效果評估軟件。同時,針對對流云的地面作業(yè)催化,主要通過對催化作業(yè)單體的雷達回波特征參數(shù)的統(tǒng)計分析,并結(jié)合微物理檢驗、數(shù)值模擬技術(shù),綜合地研究對流云催化作業(yè)效果,并試圖發(fā)現(xiàn)并論證可能存在的對流云催化物理響應(yīng)證據(jù)和統(tǒng)計特征。首先,為了在實際應(yīng)用中得到更合理的人工增雨影響區(qū),建立了一個理想情況下的三維層狀冷云催化數(shù)值模式,并進行了自然冷云及其催化的多組數(shù)值模擬實驗,論證了催化對自然冷云的地面增雨范圍和高空水平風(fēng)速的正相關(guān)關(guān)系。然后,通過VB+MO地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)技術(shù),結(jié)合飛機作業(yè)路線及高空風(fēng)速和有效擴散時間等信息,實現(xiàn)了不規(guī)則影響區(qū)域的范圍確定、面積計算以及區(qū)域內(nèi)外站點判斷等功能,提高了增雨范圍計算的合理性。其次,通過原始雨量站數(shù)據(jù)和兩種分辨率均勻網(wǎng)格插值方法分別飛機播云增雨效果進行評估和對比分析,發(fā)現(xiàn)采用高分辨率的均勻網(wǎng)格插值方法可以獲得更加精細的聚類分區(qū),可為逐步回歸分析提供更多的對比站點,增強了回歸建模與預(yù)測的可靠性,提高了播云效果評估結(jié)果的合理性。在此基礎(chǔ)上,建立了多普勒雷達回波強度分析與飛機播云路徑融合顯示系統(tǒng),為驗證統(tǒng)計評估結(jié)論的合理性提供了基于多普勒雷達回波強度的物理檢驗手段。此外,基于本文研究并結(jié)合CA-FCM方法(基于聚類的浮動對比區(qū)歷史回歸方法)開發(fā)了飛機增雨效果統(tǒng)計評估的新軟件。通過對吉林、山東、青海等省的飛機增雨個例效果統(tǒng)計評估應(yīng)用,初步表明了該軟件具有很強的實用性,并有推廣應(yīng)用價值。同時,通過對一次傳播單體群“消云減雨”的催化過程的對流單體物理特征的統(tǒng)計、降水粒子相態(tài)識別以及數(shù)值模擬三方面綜合研究,發(fā)現(xiàn)受過量催化后對流云衰減階段反射率最大值的衰減速率加快,這一物理響應(yīng)特征具有統(tǒng)計意義,并論證了這個變化的微物理機制,是由于催化后高層冰相粒子增多,導(dǎo)致過冷水消耗而使降雨減少,從而達到減少對流云降水的目的。
【學(xué)位授予單位】：成都信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P481
【圖文】：

第 9 頁 共 57 頁圖 2-2 模擬區(qū)域中心格點的累計降水量變化范圍與高空風(fēng)速關(guān)系的數(shù)值實驗研究作業(yè)自模擬到 130 分鐘時開始，在 4km 高度（-7.41℃）， 15km，飛機航速 100m/s（即 360km/h），共耗時 150s，AgI 些數(shù)據(jù)與實況是吻合的。我們將在 2.2.2 節(jié)自然云模擬的基平風(fēng)速大小的催化實驗（0 倍、0.5 倍、1 倍、1.5 倍水平風(fēng)自然云）相減得到不同水平風(fēng)速條件下催化增雨結(jié)果。為將水平風(fēng) U（東西風(fēng)）分量去掉，只考慮 V（南北風(fēng)）分量P-CSM3D 模式中的湍流交換（擴散）系數(shù) Kmh與 Kmv的計風(fēng)速（湍流脈動相關(guān)量），如果單純地去掉水平風(fēng)速必然會算性能不一致。因此，在模擬中僅在計算湍流擴散系數(shù)時保得到的計算結(jié)果如圖 2-3 所示，可以看到，各組數(shù)值實驗狀和位置均不一樣。通過分析累計增雨 0.05mm、0.1mm 以及

（b）10:50 白城雷達垂直剖面 （c）10:50 模擬結(jié)果圖 2-1 探空及自然云與模擬云雷達回波對比（圖 2-1a 中探空圖引自美國懷俄明大學(xué)整理的探空數(shù)據(jù)集）圖 2-2 模擬區(qū)域中心格點的累計降水量變化

【參考文獻】

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1 孫躍;肖輝;周筠s

本文編號：2714184