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云凝结核(CCN)浓度直接影响云滴的形成过程,云滴与冰晶共存时可通过云滴向冰晶的水分转化产生降水,因此CCN浓度可间接影响冰水混态云的AgI催化效果。
本文利用一维层状云分档模式,以2007年7月1日发生在吉林长春的一次层状云降水过程为例,进行了CCN初始浓度场影响层状云AgI催化效果数值模拟研究。
模拟结果表明:首先,CCN初始浓度越大,层状云增雨效果越不明显,浓度达到1500cm-3以上催化抑制降水;AgI播撒量为1.0×10-6g·kg-1时增雨量出现极小值,CCN浓度与催化剂需求量反相关,且CCN浓度越小增雨效果更明显。
其中, CCN的浓度是100cm-3和300cm-3的情况下,播撒AgI的催化量是1.0×10-5g·kg-1增雨量较大,CCN浓度500cm-3播撒1.0×10-7g·kg-1的催化剂增雨量较大,CCN浓度是1000cm-3时播撒1.0×10-8g·kg-1的催化剂增雨量较大。雷达回波强度随着CCN初始浓度提高而增强,催化剂在云形成的初期促进云的发展,而在云成熟阶段抑制了云的发展,当CCN的浓度较低时促进的作用比较明显,当CCN的浓度很高时,抑制的作用更大一些。
其次,水成物粒子主要集中在4000m高度层附近,AgI催化作用促使该高度层中的过冷水滴粒子的质量浓度减少,而使冰晶粒子的质量浓度和雪粒子的质量浓度增多,大量的冰相粒子在0℃层融化转化成水滴粒子,从而在0℃层形成一条窄的质量浓度达到0.7g·kg-1的水滴粒子高浓度带,由于过冷水大量消耗,AgI催化对霰粒子的形成和增长有抑制的作用,而且如果CCN浓度越大,抑制霰粒子增长的作用就越加明显。0℃层以下水滴质量浓度与CCN浓度正相关,与播撒AgI催化剂的剂量反相关。播撒AgI催化剂的剂量低于1.0×10-7g·kg-1时,冰晶和雪的质量浓度随CCN浓度的增加而增大。
在云发展阶段,CCN初始场的浓度越大,霰粒子的质量产生速率越大;播撒AgI催化剂促进云中雪粒子的碰并增长和冰晶粒子凝华、凇附增长等过程,在云成熟阶段,催化剂促进冰晶粒子的凝华增长,消耗大量的过冷水,同时抑制了云中过冷水粒子的凝结增长;霰粒子和雪粒子的质量产生速率也是在4000m高度层附近最大。
另外,在高空AgI催化剂量越多,冰晶的数浓度越高,过冷云滴的数浓度越低,粒径越小,CCN浓度增加,过冷水滴粒子的数浓度增加、粒径越小,而冰晶的粒径越大;催化作用增宽地面水滴粒子谱,CCN浓度增加,粒子谱右倾,而在300min时催化减少水滴粒子的数浓度;CCN浓度增加,催化作用对冰晶和5500m的水滴的粒子谱的影响越明显,而对4000m和地面的水滴粒子谱的影响减弱,表现为催化后的水滴粒子的谱型与SO的谱型更接近。
本文利用一维层状云分档模式,以2007年7月1日发生在吉林长春的一次层状云降水过程为例,进行了CCN初始浓度场影响层状云AgI催化效果数值模拟研究。
模拟结果表明:首先,CCN初始浓度越大,层状云增雨效果越不明显,浓度达到1500cm-3以上催化抑制降水;AgI播撒量为1.0×10-6g·kg-1时增雨量出现极小值,CCN浓度与催化剂需求量反相关,且CCN浓度越小增雨效果更明显。
其中, CCN的浓度是100cm-3和300cm-3的情况下,播撒AgI的催化量是1.0×10-5g·kg-1增雨量较大,CCN浓度500cm-3播撒1.0×10-7g·kg-1的催化剂增雨量较大,CCN浓度是1000cm-3时播撒1.0×10-8g·kg-1的催化剂增雨量较大。雷达回波强度随着CCN初始浓度提高而增强,催化剂在云形成的初期促进云的发展,而在云成熟阶段抑制了云的发展,当CCN的浓度较低时促进的作用比较明显,当CCN的浓度很高时,抑制的作用更大一些。
其次,水成物粒子主要集中在4000m高度层附近,AgI催化作用促使该高度层中的过冷水滴粒子的质量浓度减少,而使冰晶粒子的质量浓度和雪粒子的质量浓度增多,大量的冰相粒子在0℃层融化转化成水滴粒子,从而在0℃层形成一条窄的质量浓度达到0.7g·kg-1的水滴粒子高浓度带,由于过冷水大量消耗,AgI催化对霰粒子的形成和增长有抑制的作用,而且如果CCN浓度越大,抑制霰粒子增长的作用就越加明显。0℃层以下水滴质量浓度与CCN浓度正相关,与播撒AgI催化剂的剂量反相关。播撒AgI催化剂的剂量低于1.0×10-7g·kg-1时,冰晶和雪的质量浓度随CCN浓度的增加而增大。
在云发展阶段,CCN初始场的浓度越大,霰粒子的质量产生速率越大;播撒AgI催化剂促进云中雪粒子的碰并增长和冰晶粒子凝华、凇附增长等过程,在云成熟阶段,催化剂促进冰晶粒子的凝华增长,消耗大量的过冷水,同时抑制了云中过冷水粒子的凝结增长;霰粒子和雪粒子的质量产生速率也是在4000m高度层附近最大。
另外,在高空AgI催化剂量越多,冰晶的数浓度越高,过冷云滴的数浓度越低,粒径越小,CCN浓度增加,过冷水滴粒子的数浓度增加、粒径越小,而冰晶的粒径越大;催化作用增宽地面水滴粒子谱,CCN浓度增加,粒子谱右倾,而在300min时催化减少水滴粒子的数浓度;CCN浓度增加,催化作用对冰晶和5500m的水滴的粒子谱的影响越明显,而对4000m和地面的水滴粒子谱的影响减弱,表现为催化后的水滴粒子的谱型与SO的谱型更接近。