云微物理特征
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一次飞机积冰过程云微物理特征分析一次飞机积冰过程云微物理特征分析在飞行过程中,飞机会遭遇不同云层,其中一种现象就是积冰。
积冰可能对飞机的飞行性能和安全造成不利影响,因此深入研究飞机积冰过程中的云微物理特征对保障飞行安全至关重要。
飞机积冰在特定的天气条件下发生,主要涉及到云和超冷水滴的相互作用。
首先,让我们来了解云的形成和性质。
云是由大量的微观水滴、冰晶或冰晶与水滴的混合体组成的可见气溶胶。
云是地球大气中一种常见的现象,主要形成于温暖而潮湿的空气被抬升至高空后迅速冷却,导致其中的水蒸气凝结成云。
云的形成和种类有多种因素影响,包括空气的湿度、温度、压力等。
不同类型的云具有不同的物理特征,如云的颗粒大小、形状、浓度和分布等。
其中,云中的水滴是形成积冰的主要因素。
超冷水滴是指水在零度以下仍保持液态的小水滴。
在云中,由于相对湿度较高、温度较低,部分水滴的温度可以低于冰点而仍然保持液态状态。
这些超冷水滴是飞机积冰的主要来源。
飞机在云层中飞行时,超冷水滴会附着在飞机外表面,随着时间的推移,这些水滴会以冰晶的形式渐渐累积。
云微物理特征的分析对于研究飞机积冰过程至关重要。
首先,云颗粒大小和浓度对积冰过程有重要影响。
通常情况下,云中的水滴数目会与云浓度成正比。
云浓度越大,遇到的水滴数目也越多,导致飞机更容易积冰。
而云中的颗粒大小也会影响积冰速度和程度。
颗粒较小的云中,水滴更容易附着在飞机表面,并形成更均匀的冰层。
相反,颗粒较大的云中,水滴之间的空隙较大,飞机可能只在局部区域积冰。
其次,云的温度和湿度对积冰过程也具有重要影响。
云的温度越低,超冷水滴结冰的概率越高,飞机积冰的速度也较快。
此外,云中的湿度也会影响积冰程度。
湿度越高,云中水滴更多,飞机积冰更快。
最后,云的演化过程也会对积冰过程产生影响。
云的演化通常涉及云凝结、蒸发、降水等过程。
在这一过程中,云中的水滴发生变化,从而改变了云的物理特征。
例如,云逐渐变得较稀薄,云中的水滴数目减少,飞机积冰的风险也减小。
一次飞机严重积冰的天气条件和云微物理特征一次飞机严重积冰的天气条件和云微物理特征近年来,随着航空业的迅猛发展,人们的出行方式越来越倾向于选择飞机,而积冰是飞行中一个关键的安全隐患。
一次飞机严重积冰的事故曾经引发了广泛的关注。
本文将研究这次事件发生时的天气条件和云微物理特征,以期深入了解影响飞机积冰的因素。
首先,让我们了解一下积冰的形成原理。
积冰主要发生在云层中的降水过程中。
一般而言,云层中存在着大量的水滴或冰晶,在一定的温度条件下,这些水滴或冰晶会与飞机的外表面发生碰撞,形成积冰,并逐渐增大。
这次飞机严重积冰的事故发生在严寒的冬季。
根据相关数据分析,天空中存在着大量的云层,云层的高度较低,通常在飞机巡航高度附近(10,000 - 30,000英尺)。
此外,湿度较高,空气中含有较多水汽,这为积冰的形成提供了充足的水源。
云微物理特征是分析积冰的一个重要因素,我们来看一下云层中的冰晶形态和大小。
一般情况下,云层中的冰晶呈多角形状,有时还呈现出针状和板状。
这次事故中,云层中的冰晶呈现出非常规则的多边形,推测可能与风速和温度的变化有关。
此外,冰晶的大小也对积冰有一定的影响,较大的冰晶更容易与飞机碰撞并积聚成冰。
同时,气温也对积冰的发展起着重要的影响。
冬季天气条件寒冷,飞机表面的温度较低。
当相对湿度高时,飞机外表面的温度可以低于冰点。
这个温度差足以让云层中的冰晶与飞机表面发生碰撞并积冰。
而这次事故中的大气温度较低,云层中的冰晶通过碰撞和凝结,迅速积聚成厚重的冰层。
除此之外,飞机的飞行速度也会影响积冰的形成。
飞机在巡航时的速度较快,空气流动也更加湍流,这使得冰晶更容易与飞机表面接触并积冰。
综上所述,一次飞机严重积冰的天气条件和云微物理特征主要包括:温度较低的冬季天气、云层高度较低和湿度较高的大气环境、冰晶形状与风速、温度的关系以及飞机飞行速度等因素。
进一步研究和了解这些因素对于加强对飞机积冰的防范措施具有重要意义,进而确保航空行业的安全综上所述,飞机严重积冰的天气条件和云微物理特征主要包括冷冬季天气、低云层高度、高湿度的大气环境、非常规则的冰晶形状、风速和温度变化以及飞机的高速飞行等因素。
西南涡的云微物理特征西南涡(又称西南涡旋)是一种常见的天气现象,具有独特的云微物理特征。
本文将介绍西南涡的形成原因、云微物理特征以及其对天气的影响。
一、形成原因西南涡是由地形和大气环流相互作用所形成的。
当冷空气从高原或山脉区域流入低平地区时,会遇到暖湿气流,形成上升运动。
这种上升运动会导致空气的凝结和降水的发生,从而形成云团和降水区域。
与此同时,地形的作用也会加强上升运动,使得西南涡的形成更加明显。
二、云微物理特征1. 云团结构:西南涡在上升运动的区域会形成高浓度的云团。
这些云团常呈卷云或积云的形态,高度通常在2至6公里之间。
在西南涡中,云层的底部较为平坦,顶部则呈现出层状结构。
2. 降水特点:西南涡降水强度较大,范围广泛。
在其云团区域下方的地面上会出现大范围的降水带,降水量常达到数十毫米,甚至更多。
西南涡降水的持续时间较长,往往能够持续数个小时,对地面的水资源和农作物生长有着积极的影响。
3. 雷暴活动:由于西南涡中存在剧烈的上升运动和湿度的不稳定性,因此它常常伴随着雷暴活动。
在云团上层,由于水汽的凝结释放出大量的潜热,使得空气温度急剧上升,产生强烈的对流,从而形成雷暴云。
雷暴伴随着闪电、雷声和强烈的降水,给人类活动和交通出行带来一定的不便。
三、对天气的影响西南涡的形成对天气有着明显的影响。
主要表现在以下几个方面:1. 降水增多:西南涡是一种滞留性降水系统,它会在地表停滞较长时间,导致降水增多。
特别是在暖湿气流的补充下,西南涡持续时间较长,降水量往往偏多,对地面的雨水供应和植被生长有着积极的作用。
2. 温度下降:由于西南涡对流层中存在上升运动,水汽在升华过程中吸收潜热,导致空气温度下降。
因此,在西南涡影响区域内,气温往往比周边地区要低,给人们的生活和农作物的生长带来一定的影响。
3. 风力增大:由于西南涡降水区域存在较强的上升气流,因此在降水区域周边的地区,风力往往比较大。
这时,风速会增大,给人们的户外活动带来一定的困扰。
云和降水微物理学气象图大气中的水汽凝结而成的云滴很小,半径大约10微米,浓度为每升一万至一百万个,下降的速度约 1厘米/秒,通常比云中上升的气流速度小得多,因而云滴不能落出云底。
即使离开云底而下降,也会在不饱和的空气中迅速蒸发而消失。
只有当云滴通过各种微物理过程,集聚和转化成为降水粒子后,才能降落到地面。
成云致雨要经过一系列复杂的微物理过程:湿空气上升膨胀冷却,其中的水汽达到饱和,并在一些吸湿性强的云凝结核上,凝结而成初始云滴的凝结核化过程;云中的过冷水滴或水汽,在冰核上冻结或凝华以及在-40℃以下,自然冻结成初始冰晶胚胎的冰相生成过程;水汽在略高于饱和的条件下时,在云滴(冰晶)上进一步凝结(凝华),使云滴(冰晶)长大的凝结增长过程(凝华增长过程);云内尺度较大的云滴,在下落过程中与较小的云滴碰并而长大的重力碰并过程;冰晶和过冷水滴同时存在时,因为过冷水滴的饱和水汽压比冰面的大,造成过冷水滴逐渐蒸发,而冰晶则由于水汽的凝华而逐渐长大的冰晶过程。
降水粒子的尺度大约是云滴的一百倍,但其浓度却仅为云滴的百万分之一。
人工降雨云滴由于受表面张力作用,通常呈球形。
球形纯水滴表面的饱和水汽压,高于平水面的饱和水汽压。
以半径为0.01微米的水滴为例,其饱和水汽压超过平水面的12.5%。
在没有任何杂质的纯净空气中,初始的云滴只能靠水汽分子随机碰撞而生成。
靠分子随机碰撞而产生云滴的可能性随着尺度增大而变小。
微小的初始云滴,只有在相对湿度达百分之几百的环境中才不致蒸发。
但实际大气的水汽含量很少能够超过饱和值的1%。
因此,在没有杂质的纯净空气中是难以直接形成云滴的。
事实上,大气中存在着各种凝结核,这为凝结成云滴提供了条件。
云凝结核可分成两类:亲水性物质的大粒子,它不溶于水,但能吸附水汽,在其表面形成一层水膜,相当于一个较大的纯水滴;含有可溶性盐的气溶胶微粒。
它能吸收水汽而成为盐溶液滴,属吸湿性核。
例如海盐的饱和水溶液,只要环境相对湿度高于78%,就可以凝结长大。
第四章云的微物理特征1大气气溶胶简介1.1气溶胶和气溶胶质粒的概念气溶胶:指在气体中悬浮有液体或固体微粒时的气体和悬浮物的总体系。
而其中的悬浮物就称为气溶胶质粒。
有些书中将气溶胶质粒也简称为气溶胶,那是不妥当的。
对我们所研究的对象而言,研究的是大气气溶胶。
大气中的冰核、凝结核,尘埃等均属大气气溶胶微粒,云雾滴、小雨滴等也属大气气溶胶质粒。
气溶胶质粒中,分子及原子的尺度约为10-4p m,最大的冰雹在10厘米以上。
一般直径大于100p m的质粒,就不易在空中停留。
因此,气溶胶质粒,主要是指正10-3p m到100p m 之间的微粒。
1.2气溶胶研究在大气科学中的重要性气溶胶在大气系统中起着十分重要的作用:1)改变云的微物理过程和性质;2)对太阳辐射和红外辐射产生吸收和散射作用,还包括其自身的放射;3)作为媒介和(或)终极产物,气溶胶在大气化学和大气污染过程中也起着重要作用。
1.3气溶胶粒子的分类在云物理学中,将大气气溶胶粒子按大小可分为:爱根核:半径在0.01到0.1微米之间的尘粒,起凝结核的作用是明显的。
习惯把这一半径范围的尘粒,称为爱根核。
其中具有吸湿性的尘粒只要过饱和度达0.5%到 2.0%,就可使水汽凝为液水;大核:比爱根核稍大,半径在0.1到3微米之间的,称为大核,一般只要过饱和度不到0.5%,就可使水汽凝结。
如果这些核是吸湿性的,那末即使大气尚未达水汽饱和,液水也能凝结于其上。
巨核:半径大于3微米的核,在大气中也存在。
它们在吸收大气中的水汽,使之转化为液水方面,有很大作用。
例如10-8克干物质的氯化钠,其大小约相当于半径10微米的球,在相对湿度为99%时,即可增大为50微米(半径)的水滴,下降速度可达30厘米/秒。
如果下降,就易兼并云滴而很快增大。
在可核化前题下,核越大,所要求的环境过饱和度越小。
1.4来源据估计,全球气溶胶质粒主要是自然界产生的,人工来源仅为自然来源的五分之一。
自然源按产生量大小主要包括:海盐、气粒转换、风砂扬尘、林火烟粒、火山喷发(变化很大)、陨星余烬、植物花粉等;人为源主要有:气粒转换、工业过程、燃料燃烧、固废处理、交通运输、核弹爆炸、人工播云等。
大气气溶胶对云微物理特征的影响研究大气气溶胶是指悬浮在大气中的微小颗粒物质,包括尘埃、气溶胶、水蒸气等。
它们对云微物理特征的影响一直是大气科学研究的热点之一。
云微物理特征是指云中微观物理量(如液滴和颗粒物的大小、数量、分布)的描述,其变化直接影响着云的物理和化学特性,进而影响全球气候系统。
大气气溶胶能够影响云的物理特性,主要体现在以下几个方面。
首先,大气气溶胶的存在对云的形成和演化过程起着重要作用。
云的形成需要水蒸气在凝结核上凝结成水滴,而大气气溶胶颗粒就是凝结核的重要组成部分。
它们提供了云滴形成的凝结核,促进了云的形成。
同时,大气气溶胶的分布和浓度也会影响云的演化过程。
当大气中的气溶胶浓度较高时,会导致云滴数量增加,形成大量小尺度的云滴;而低气溶胶浓度则有助于形成较大尺度的云滴。
其次,大气气溶胶对云的辐射特性有重要影响。
大气中的云主要通过反射和散射太阳辐射来减少地面的接收,也通过吸收和发射地球辐射来改变大气层的能量平衡。
而大气气溶胶颗粒的存在会影响云的光学性质,进而改变云的辐射特性。
具体来说,气溶胶会增强云层的散射能力,使云对太阳辐射的反射增加;同时,气溶胶还能增加云中的吸收和散射,使云对地球辐射的影响增加。
这种影响直接导致大气层的能量分布发生变化,进而影响气候系统的变化。
此外,大气气溶胶对云滴的影响也会对降水产生影响。
云滴中的水滴大小和分布决定了云滴的凝结速率,进而影响降水的产生。
大气气溶胶的存在会改变云滴的凝结速率,导致云粒子的增长速率变化。
一些研究表明,气溶胶的增加会导致云滴的凝结过程加快,云滴的增长速率增加,从而增加降水的可能性。
而另外一些研究则指出,气溶胶的增加可能导致云滴变小,凝结过程减慢,从而降低降水的可能性。
不同研究的结论有所不同,但气溶胶对降水的影响不容忽视,需要进一步深入研究。
综上所述,大气气溶胶对云微物理特征的影响十分复杂且多样。
它们参与云的形成和演化过程,改变云的光学特性,影响降水的产生。
云的物理特征
云是大气中水汽凝结或凝华形成的水滴、过冷水滴、冰晶或它们的混合物,是可见的聚合物。
以下是一些关于云的物理特征:
1. 云状:云的外形特征的不同形态主要分为积状云、层状云和波状云。
积状云的形成主要是不稳定大气的对流运动,云中气流垂直速度很大,常有几米/秒甚至20米/秒以上。
云体孤立、分散,垂直伸展与其水平扩散范围具有同一个数量级。
层状云由大范围系统性缓慢上升运动形成,多发生在锋面、气旋或低槽的气流辐合区,云层范围宽广,均匀幕状,无明显起伏的连续云层。
波状云是由于空气的波状运动和湍流混合形成,例如逆温层和风的切变,云块排列成行,成群或波浪起伏状。
2. 云高:云高是指云底距地面的垂直距离。
人们可以通过仪器测量确定,比如气球测量、激光测云仪等。
一般来说,随着云族的升高,云底逐渐降低。
3. 云量:是指天空被云遮蔽的多少,人们可以通过目测云块占据天空的面积来估计。
另外,值得注意的是,不同类型的云在空中的表现是不同的。
积状云表现为团块状或条状,波状云表现为长条形或波形。
层状云则呈现范围广阔而连续不断的层面。
同时,不同高度的云会与天气现象产生关联,比如低云的出现往往预示着降雨的可能,而高云的出现则可能预示着晴朗的天气。
甘肃省夏季层状云微物理特征个例分析党娟;王广河;刘卫国【期刊名称】《气象》【年(卷),期】2009(035)001【摘要】对2004年6月12日甘肃河西地区一次降水性层状云的云物理飞机探测结果进行了分析,通过对云中粒子的浓度、直径、二维图像以及谱型变化地研究,并结合宏观观测记录,详细分析了云系的垂直和水平微物理特征.观测资料分析表明:此次云系为Ac-Sc结构,上层Ac云为纯冷云,下层Sc云为纯暖云,两层云之间存在较厚的干层.云中微物理量的垂直和水平变化均具有明显的不均匀性,整个探测过程中,FSSP-100所测云粒子的浓度和平均直径变化范围分别为0.1~-232.6cm-3和3.5~45.5μm,OAP-2D-GA2所测云粒子浓度及平均直径变化范围分别为0.01~116.7cm-3和32.2~995.7μm.粒子二维图像表明,上层高积云中冰相粒子的凇附、粘连现象普遍,说明云中存在较多的过冷水.图像及谱型分析表明,6000m以上某些区域有冰晶高浓度区存在,大量冰晶的成长消耗了云中过冷水,不利于大云粒子的形成和成长;这次降水雨滴主要由纯暖性Sc云中暖云成雨过程形成,冷云过程只在Sc云顶附近有一定作用,本次降水主要机制为下层层积云中的暖云过程.【总页数】13页(P24-36)【作者】党娟;王广河;刘卫国【作者单位】北京大学物理学院,北京 100871;中国气象科学研究院中国气象局人工影响天气中心;中国气象科学研究院中国气象局人工影响天气中心;中国气象科学研究院中国气象局人工影响天气中心【正文语种】中文【相关文献】1.甘肃省秋季层状云冰雪晶粒子特征个例分析 [J], 李照荣;李宝梓;庞朝云;杨增梓2.不同天气系统层状云微物理特征个例分析 [J], 周黎明;牛生杰;王俊3.广西秋季层状云微物理特征分析 [J], 张正国;卢广献;汤达章;韦增岸4.陕北地区夏季层状云系的微物理特征研究 [J], 陈君寒;王鹰;齐麟;丁华5.西北干旱半干旱区一次层状云系微物理特征分析 [J], 王研峰;王蓉;王聚杰;尹宪志因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
一次飞机积冰环境中的云微物理特征袁敏;黄敏松;段炼【摘要】2014年3月12日利用机载粒子探头(DMT)对我国宜昌及周边地区的非降水云系进行了探测时发现了少量的飞机积冰,本文分析了积冰云层中云微物理量的分布特征.垂直平均分布表明,CAS、CIP和PIP粒子数浓度分别大于300个·cm-3、1个·cm-3和10-5个·cm-3,粒子中值直径最大值分别为3μm、89 μm和1389 μm.谱分布表明,3650m高度重力碰并和凇附过程使得CIP和PIP粒子谱较宽,3650 m以下谱宽较窄,粒子以凝结增长为主,大粒子和冰晶粒子主要是由高层下落造成.平飞观测统计表明,3350 m的CAS和CIP粒子平均数浓度均大于3650 m 的值,但PIP粒子数浓度、粒子平均和最大中值直径则相反.平飞时间变化表明,3350m高度CAS粒子数浓度和直径大致呈反相关,3650m大云滴和冰雪晶粒子的数浓度和中值直径随时间波动较大.%By using the probe of DMT (Droplet Measurement Technologies),the aircraft icing in nonprecipitation clouds on 12 April in 2014 over Yichang and its surrounding areas were probed.The vertical distributions show that the number concentrations of CAS (Cloud Aerosol Spectrometer),CIP (Cloud Imaging Probe) and PIP (Precipitation Imaging Probe) are greater than 300 cm 3,1 cm-3 and 10-5 cm-3,respectively.The maximum median diameters are 3 μm,89 μm and 1389 μm,respectively.The spectral distribution shows that the gravitational collision and riming processes result in forming a wider spectra at 3650 m,while relatively narrow below 3650 m,where particles grow mainly depend on condensation process,big cloud particles and ice crystals are dropping from upper levels.The horizontal probe shows that the numberconcentrations of CAS and CIP at 3350 m are greater than those at 3650 m,while the number concentration of PIP,the median diameter and the maximum median diameter are opposite.The time series of horizontal probe show that the number concentration and the median diameter at 3350 m have an inverse relationship,and the number concentration andthe median diameter of big cloud particles and ice crystals are fluctuant.【期刊名称】《气象科技》【年(卷),期】2018(046)001【总页数】8页(P170-177)【关键词】飞机积冰;数浓度;中值直径;等效液水含量;谱分布【作者】袁敏;黄敏松;段炼【作者单位】中国民用航空飞行学院空中交通管理学院,广汉618307;中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴实验室,北京100029;中国民用航空飞行学院空中交通管理学院,广汉618307【正文语种】中文【中图分类】P426引言飞机积冰严重危害飞行安全,它恶化飞机的空气动力学性能,减小升力,增大阻力,轻则影响飞机的稳定性和操纵性,重则导致机毁人亡的恶性事故。