黄河上游秋季对流云降水特征的观测分析和数值模拟研究

由于近年来黄河流域水资源愈发短缺，中下游经常发生断流现象，这给以农业生产为主的青海省和其他沿黄各省区的经济发展和人民生活带来不利.2002年秋季，"十五"国家科技攻关项目——"人工增雨技术研究及示范"课题组织了在黄河上游地区的国家级人工增雨基地河南县进行了外场探测试验.该文利用外场试验资料，并结合数值模拟方法，综合分析了这一地区地理气候背景特征、对流云降水特征、对流云催化作业要点以及三维对流云模式在该地区的运用等一些与人工增雨条件有关的科学问题.主要结果如下:(1)试验期间25天每天4次常规资料统计显示黄河上游地区河南县低云出现频率达80﹪以上，低云中以对流云为主，产生降水的积雨云在20点出现频率最高.(2)大气冰核观测显示，降水对冰核浓度有较大影响.结合其他高原地区观测资料结果分析表明，青海河南县-20℃下的大气冰核浓度高于北京60年代和河北70年代而低于北京90年代的观测值.(3)雷达观测分析发现，黄河上游地区对流云回波主要为离散状、带状和丛集状三类，其中离散状回波出现比例最大;云底温度较低，冷云底特征明显;回波顶高频率谱出现双峰结构，常出现的回波顶高为距地6km和11km(地面海拔高度3.5km).(4)该地区暖雨过程不易启动，降水过程主要启动机制为冷雨过程.雨滴谱观测资料分析结果显示，双峰谱型是该地区积雨云降水的主要谱型;第一峰值出现在小滴(直径≤0.2mm)处;小滴浓度所占比列高达98﹪以上是该地区积雨云雨滴谱的一个重要的特点;第二峰值出现在直径为1-3mm之间的几率较高.(5)根据三维对流云模式计算结果表明:霰粒胚胎主要依靠冰霰自动转化和云霰自动转化，从而启动霰对云水的收集过程.降雨主要是由于霰落入暖层的融化，雨水蒸发是雨水减少的主要机制.霰的生成又与冰晶密切相关.冰晶的生成主要是由于自然冰核的核化，因此，自然冰核的数浓度对整个降水过程都有影响.由于当地自然冰核较平原地区较少，而在本底情况下，过冷云水相对充足，这就为人工播撒冰晶或成冰核，引导降水云提高降水效率提供了可能性。