基于风云静止卫星的飞机增雨云物理响应

doi:10.3969/j.issn.1673-503X.2023.05.010

摘要/Abstract

摘要：

利用2016—2019年9次飞机增雨作业资料及FY-2E/2G/4A气象静止卫星反演产品, 采用HYSPLIT模式确定增雨影响区的方法、卫星反演产品及雷达产品分析方法, 分析增雨催化后卫星反演云物理参数的响应, 获取增雨催化后云物理特征及演变规律, 提高气象卫星在人工增雨效果检验与评估方面的综合应用能力及效益。结果表明: 对于研究中的多数增雨作业, 自然变异和人工催化双重因素共同影响下的4项云物理参数在催化结束后2~3 h达到最大变化。对于9次飞机增雨作业, 云顶温度、云粒子有效半径、光学厚度、液水路径、小时降水量在催化结束后3 h的平均变化值分别达到-1.44~2.09 ℃、-3.73~3.84 μm、-5.47~3.62、-112.59~61.12 mm、-0.06~0.27 mm, 半数以上作业云顶温度、小时降水量增加, 半数以上作业云粒子有效半径、光学厚度、液水路径减小, 个别作业降水量减少。对于不同云体, 当液水分布和云系结构存在很大差异且不均匀时, 增雨催化后产生的云物理变化、降水变化均存在显著差异。对于自然变异和人工催化共同影响引起的降水变化, 目前难以科学完整地剔除二者分别对降水变化的影响。

关键词: 风云静止卫星, 增雨催化, 云物理响应, 云粒子有效半径

Abstract:

Based on the precipitation enhancement operation data of aircraft from 2016 to 2019 and inversion products of FY-2E/2G/4A meteorological geostationary satellite, using the method of determining the affected area of precipitation enhancement by HYSPLIT model and the analysis method of satellite inversion product and radar product, the response of cloud physical parameters of satellite inversion after precipitation enhancement seeding was analyzed, the cloud physical characteristics and evolution law after precipitation enhancement seeding were obtained, and the comprehensive application ability and benefits of meteorological satellites in the inspection and evaluation of artificial precipitation enhancement effect were improved.The result shows that: for most of the precipitation enhancement operations in the study, the four cloud physical parameters under the influence of natural variation and artificial seeding reach the maximum variations in 2~3 hours after the end of seeding.For the 9 aircraft precipitation enhancement operations, average variation ranges of cloud top temperature, cloud effective radius, optical thickness, liquid water path, and hourly precipitation in 3 hours after the end of seeding reach -1.44~2.09 ℃, -3.73~3.84 μm, -5.47~3.62, -112.59~61.12 mm, -0.06~0.27 mm, respectively.Cloud top temperature and hourly precipitation are increased, and cloud effective radius, optical thickness, and liquid water path are decreased for more than half of the precipitation enhancement operations, and precipitation for individual operations is reduced.For different cloud bodies, when the distribution of liquid water and the structure of the cloud system vary dramatically and are very uneven, the variations of cloud physics and precipitation induced by precipitation enhancement seeding will be significantly different.At present, for the precipitation variation induced by natural variation and artificial seeding, it's difficult to eliminate the influence of the two factors on precipitation variation scientifically and completely.

Key words: FY geostationary satellite, Precipitation enhancement seeding, Cloud physical response, Cloud effective radius

中图分类号:

P481

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图/表 7

表1

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图2

表2

图3

图4

表3

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编号	作业日期	作业机型	催化时段	催化时长/h	催化平均高度/km	催化剂量			催化区域
编号	作业日期	作业机型	催化时段	催化时长/h	催化平均高度/km	AgI焰条/根	AgI焰弹/发	发烟管/根	催化区域
1	20160507	运8	16:17—17:20	1.1	5.6	15	193	0	洛阳—焦作—郑州
2	20170404	运12	09:45—11:26	1.7	3.8	13	0	0	平顶山—许昌
3	20170408	运12	10:39—11:42	1.1	4.5	13	0	0	洛阳—焦作
4	20170410	运12	09:45—11:21	1.6	4.5	13	0	0	洛阳—平顶山—南阳
5	20170924	MA60	14:02—17:10	3.1	5.3	20	180	0	南阳
6	20170925	MA60	11:57—14:59	3.0	6.2	18	194	0	南阳
7	20171001	MA60	11:10—12:00	0.8	6.2	26	191	0	南阳
8	20181105	MA60	14:55—17:25	2.5	4.3	0	0	37	洛阳—平顶山
9	20190226	MA60	15:15—16:50	1.6	4.2	18	0	0	南阳

探测方式	反演参数	定义	指导作用	单位
FY-2E/2G及FY-4A静止气象卫星	云顶温度(ttop)	云顶所在高度的温度	人工增雨云系播云温度窗的选择	℃
	云粒子有效半径(ref)	假设云层在垂直方向均匀条件下云粒子的有效半径	判断云中粒子大小，反映云可降水量	μm
	云光学厚度(optn)	云系在整个路径上云消光总和	了解云系垂直方向云体厚实程度	无量纲
	液水路径(lwp)	云体单位面积上的垂直方向液水总量(或称柱液水量)	了解垂直方向的云水丰沛程度	mm

作业序号	云顶温度/℃		云粒子有效半径/μm		光学厚度		液水路径/mm		小时降水量/mm
作业序号	催化初始	平均变化值	催化初始	平均变化值	催化初始	平均变化值	催化初始	平均变化值	催化初始	平均变化值
1	-36.45	0.23	28.09	0.07	11.48	3.27	249.87	56.97	0	0.01
2	-33.81	-1.44	25.31	-2.67	44.98	-3.13	916.01	-101.58	0.95	0.03
3	-25.23	-0.59	26.79	-2.54	50.67	-5.47	820.44	-112.59	0.4	-0.06
4	-27.71	0.68	22.93	-1.48	41.65	0.66	616.79	-24.03	0.63	0.02
5	-27.06	0.78	17.84	1.80	10.16	3.62	245.16	61.12	1.79	0.18
6	-28.51	1.88	26.46	-3.73	22.89	-3.15	427.44	-54.57	0.14	0.04
7	-24.91	0.43	11.79	-0.93	28.73	-0.64	272.9	-17.63	0.86	0.27
8	-21.86	-0.98	16.33	0.47	27.26	-0.82	335.34	-9.59	0.38	0.10
9	-16.94	2.09	4.48	3.84	15.06	-0.98	144.2	4.08	0.01	0.00

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