内蒙古中部一次春季透雨过程的云微物理特征分析

doi:10.11755/j.issn.1006-7639(2022)-04-0632

干旱气象 ›› 2022, Vol. 40 ›› Issue (4): 632-639.DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639(2022)-04-0632

内蒙古中部一次春季透雨过程的云微物理特征分析

许志丽¹^,²(), 衣娜娜¹^,²(), 毕立格¹^,², 于水燕¹^,², 张俊成³

1. 内蒙古自治区人工影响天气中心，内蒙古呼和浩特 010051
2. 内蒙古自治区人工影响天气重点实验室，内蒙古呼和浩特 010051
3. 内蒙古自治区赤峰市气象局，内蒙古赤峰 024000

收稿日期:2021-12-31 修回日期:2022-07-11 出版日期:2022-08-31 发布日期:2022-09-21
通讯作者: 衣娜娜
作者简介:许志丽(1987—)，女，汉族，内蒙古呼和浩特市人，硕士，工程师，主要从事大气物理与人工影响天气研究. E-mail：184893995@qq.com。
基金资助:
内蒙古自治区自然科学基金(2022LHMS04003);内蒙古自治区自然科学基金(2021MS04026);内蒙古自治区自然科学基金(2020MS04015);内蒙古气象局科技创新项目(nmqxkjcx202014);中国气象局云雾物理环境重点开放实验室开放课题(2020Z00705)

Stratiform cloud microphysical characteristics analysis during a spring soaking precipitation process in middle region of Inner Mongolia

XU Zhili¹^,²(), YI Nana¹^,²(), BI Lige¹^,², YU Shuiyan¹^,², ZHANG Juncheng³

1. Inner Mongolia Weather Modification Center， Inner Mongolia， Hohhot 010051， China
2. Inner Mongolia Key Laboratory of Manual Weather Modification， Inner Mongolia， Hohhot 010051， China
3. Chifeng Meteorological Bureau of Inner Mongolia， Chifeng 024000， Inner Mongolia， China

Received:2021-12-31 Revised:2022-07-11 Online:2022-08-31 Published:2022-09-21
Contact: YI Nana

摘要/Abstract

摘要：

对典型飞机作业过程中云宏、微观物理特征的分析，有利于提高对云体的认识，为本地科学开展人工增雨作业提供技术支撑。利用2018年5月10日内蒙古中部地区一次飞机增雨探测资料及探空资料，对层状云降水微物理特征进行分析。受500 hPa高空槽与河套气旋影响，5月10日内蒙古中部地区形成稳定性层状云降水。降水性层状云中下部降水粒子、云粒子数浓度均较小，且云微物理量的垂直、水平分布均表现出明显的不均匀性，云粒子谱型呈单峰分布，总体上呈递减趋势;作业过程中63.53%的云水含量大于0.002 g·m^-3，83.2%的过冷水含量大于0.010 g·m^-3，过冷水含量在0.010~0.050 g·m^-3，在层状云中温度较低的区域存在自然冰晶较小、过冷水相对较丰富区域，具有较好的引晶催化潜力。

关键词: 内蒙古中部地区, 春季透雨, 云微物理结构, 人工增雨

Abstract:

The analysis of cloud macro and micro physical characteristics was conductive to improve the understanding of cloud bodies and provide technical support for local scientific artificial precipitation enhancement. The microphysical characteristics of stratiform cloud were analyzed by using an aircraft detection data and sounding data in middle region of Inner Mongolia on May 10, 2018. Affected by 500 hPa upper trough and Hetao cyclone, a stable stratiform cloud precipitation occurred in middle region of Inner Mongolia. The number concentration of precipitation particles and cloud particles were small in the middle and lower part of the stratiform cloud, and the vertical and horizontal distribution of cloud microphysical parameters showed obvious heterogeneity. The cloud particle spectrum presented a single peak distribution and generally a decreasing trend. The aircraft detection data showed 63.53% of cloud water content was greater than 0.002 g·m^-3, 83.2% of super-cooled water content was greater than 0.010 g·m^-3, and the super-cooled water content ranged from 0.010 to 0.050 g·m^-3. There were areas with small natural ice crystals and relatively abundant super-cooled water in cloud with lower temperature, which had good crystal introduction and catalytic potential.

Key words: the middle region of Inner Mongolia, spring soaking precipitation, cloud microphysical structure, rain enhancement

中图分类号:

P481

许志丽, 衣娜娜, 毕立格, 于水燕, 张俊成. 内蒙古中部一次春季透雨过程的云微物理特征分析[J]. 干旱气象, 2022, 40(4): 632-639.

XU Zhili, YI Nana, BI Lige, YU Shuiyan, ZHANG Juncheng. Stratiform cloud microphysical characteristics analysis during a spring soaking precipitation process in middle region of Inner Mongolia[J]. Journal of Arid Meteorology, 2022, 40(4): 632-639.

图/表 13

表1 探测系统DMT探头的说明

Tab.1 Description of DMT probe of detection system

探头名称	功能	测量范围	分辨率
被动腔气溶胶探头(PCASP-100)	气溶胶粒子谱	0.1~3.0 μm	0.01 μm
云和气溶胶探头(CAS)	云滴的粒子谱及数浓度、相态	0.54~50.00 μm	0.07 μm
云粒子图像探头(CIP)	云冰雪晶粒子谱及粒子二维图像	25~1550 μm	25 μm
热线含水量仪 (LWC-100)	云水含量	0~3 g·m^-3
降水粒子图像探头(PIP)	降水粒子谱及图像	100~6200 μm	100 μm
云凝结核计数器(CCN-100)	不同过饱和度下的云凝结核浓度	0.5~10.0 μm	0.25 μm
露点湿度计	露点温度	-40~+60 ℃	0.2 ℃

图1 2018年5月10日08：00至11日08：00内蒙古中部地区降水量(单位：mm)分布

Fig.1 Spatial distribution of precipitation in central Inner Mongolia from 08：00 BST May 10 to 08：00 BST May 11，2018(Unit： mm)

表2 2018年 5月10日降水过程呼和浩特站大气参数

Tab.2 Atmospheric parameters of Hohhot station during the precipitation process on May 10， 2018

时间	温度/℃		比湿/(g·kg^-1)		风速/(m·s^-1)		风向/(°)
时间	700 hPa	500 hPa	700 hPa	500 hPa	700 hPa	500 hPa	700 hPa	500 hPa
08：00	1.0	-14.4	5.32	1.91	4	13	235	260
20：00	0.2	-12.3	5.02	2.32	6	10	215	195

图2 2018年5月10日增雨作业飞机B-3755飞行轨迹

Fig.2 Flight trajectory of B-3755 airplane on May 10，2018

图3 2018年5月10日14：56—18：02增雨作业飞机B-3755机载GPS探测数据

Fig.3 Airborne GPS detection data of B-3755 airplane from 14：56 BST to 18：02 BST on May 10 of 2018

表3 液态水含量频率分布

Tab.3 Frequency distribution of liquid water content

液水含量/(g·m^-3)	频率/%
LWC>0.002	63.53
LWC>0.005	59.31
LWC>0.010	54.37
LWC>0.020	45.68
LWC>0.050	21.22
LWC>0.100	4.16
LWC>0.250	2.67
LWC>0.500	2.67
LWC>1.000	2.66

图4 CIP与CAS粒子数浓度不同区间频率分布

Fig.4 Frequency distribution of CIP and CAS particle number concentration with different section

图5 飞机上升(a)、下降(b)阶段CAS小云粒子数浓度随高度变化

Fig.5 The variation of CAS cloud particle number concentration with altitude during the aircraft ascending (a) and descending (b) phase

图6 2018年5月10日20：00呼和浩特站L波段探空图

Fig.6 The L-band radiosonde of Hohhot station at 20：00 BST on May 10， 2018

图7 2018年5月10日15：21—17：38飞机平飞时段云物理量随时间变化

Fig.7 Variation of cloud physical quantities at the plane level flight stage from 15：21 to 17：38 on May 10， 2018

表4 2018年5月10日16：00—17：00地面出现降水时云微物理量统计

Tab.4 Statistics of cloud microphysical quantities at precipitation occurrence time on the ground from 16：00 BST to 17：00 BST on May 10， 2018

时间	大云粒子数浓度/(个·cm^-3)	大云粒子中值体积直径/µm	小云粒子数浓度/(个·cm^-3)	小云粒子中值体积直径/µm	液态水含量/ (g·m^-3)
16：04	2.53	510.63	16.70	12.28	0.00
16：13	6.59	411.34	23.51	13.30	0.88
16：14	9.33	248.17	5.27	7.86	0.02
16：24	7.31	541.37	10.23	9.61	0.05
16：28	0.06	613.21	4.99	15.29	0.01
16：37	13.03	622.06	7.21	10.44	0.04
16：47	0.09	369.27	24.00	11.04	0.02
16：52	7.28	372.03	11.66	11.58	0.04
16：53	3.29	213.05	11.97	8.42	0.04
16：57	1.30	510.93	19.77	9.52	0.04
16：59	12.21	211.09	12.38	11.23	0.08

图8 CIP计算含水量与CIP大云粒子数浓度(a)、CIP大云粒子中值体积直径(b)散点分布

Fig.8 Scatter distribution of CIP water content and CIP cloud particle number concentration (a)， median volume diameter of CIP cloud particle (b)

图9 作业区CAS与CIP平均云粒子谱分布

Fig.9 Distribution of CAS and CIP average cloud particle spectrum in operation area

参考文献 25

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Stratiform cloud microphysical characteristics analysis during a spring soaking precipitation process in middle region of Inner Mongolia

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