08暖云降水理论

气象学知识点天气：一个地方某一瞬间大气状态和大气现象的综合称为天气。

天气学：研究天气的变化规律并预测预报未来天气变化的学科称为天气学。

气候：某地长时期内大量天气过程的综合（季以上）。

不仅包括该地多年平均天气状况，也包括偶发的极端天气状况。

研究气候的特征、分布、变化、形成及其与人类活动相互关系的学科（气候系统各成员之间、人与气候之间）。

气候是长期天气状况的综合，但不是天气状况的简单平均天气过程——短期过程。

天气特征——瞬息万变的不稳定特性。

气候过程——长期天气过程。

气候特征——相对稳定特性。

气候虽具一定稳定性，但仍有变化天气：变化快，周期短。

气候：变化慢，周期长。

气象学和气候学在生产生活中有何用途？1.天气预报；防寒防暑等。

2.灾害预警；例如厦门台风预警。

3.提供旅游资源；例如云海。

4.军事战争；例如诺曼底登陆,草船借箭.....气象学和气候学与林业有什么关系？1.森林健康：干旱与树木死亡；2.林木生长限制因子大多是气候因子；3.植物小气候原理---城市行道树等；4.森林对气候的影响：调节气候、净化空气、固碳释氧....古代气象：从人类有文字记载开始——17世纪末。

以原始的肉眼观测、简单的手工器械测定和不完整的甚至带有神秘色彩的文字记载为主。

大气的组成：干洁大气、水汽、气溶胶除去水分和气溶胶以外的纯净大气，称为干洁大气。

按照浓度分类主要成分：N2, O2, Ar,CO2，浓度>300ppmv微量成分：如CH4，浓度在1～20ppmv之间痕量成分：O3,H2,氮氧化合物，硫化合物及氟氯烃类化合物，浓度<1ppmv按照平均停留时间分类基本不变成分：N2, O2, Ar及Ne, Kr等惰性气体。

可变成分：平均寿命为几年到十几年，比例随时间、地点变化。

有CO2, CH4, H2, N2O 等。

变化很快的气体成分:如碳、硫、氮等的化合物。

臭氧臭氧的时空分布规律空间变化特点：10km以下含量很少，20-25km（平流层）浓度最大，成为臭氧层时间变化特点：春季最大，夏季最小臭氧的作用：1.能强烈地吸收太阳辐射中的紫外线2.对人和地球上的生态系统起到了屏障和保护作用3.对高层大气有“加热”作用，使10km至50km高度的气层温度增高气候变暖原因：1、二氧化碳排放（化石燃料燃烧、森林破坏）；2、甲烷（沼气、石油等）温室效应是二氧化碳的25倍；3、畜牧业（牛的反刍和打嗝排放甲烷）；4、氟氯烃类物质破坏臭氧层。

浅谈人工增雨作业时机的选择【摘要】：采用数理统计方法，归类分析了北方降水天气系统变化，有利于增雨作业天气统计有：东北冷涡、高空槽和蒙古低压，有利于增雨作业的云系有：积雨云、雨层云、层积云、高层云。

【关键词】：人工增雨天气系统作业时机引言漠河县气象局从2002年开展人工影响天气工作，主要为森林防火、农业抗旱和改善生态环境实施人工增雨作业，积累了一定的人工增雨作业实践经验。

通过十几年的实践证明，进行人工增雨作业的关键在于能否抓住有利天气形势，选择最佳的作业时机，采用有效的作业方式进行作业，直接关系到人工增雨作业的成败。

人工增雨作业一定要选择有利的天气形势、降水机率较大的天气系统。

根据经验所得适宜人工增雨作业的天气系统主要有冷锋天气、东北冷涡、切变线。

我们知道，当大地干旱时，天上常常有云，有云却不一定下雨。

但下雨必定有云，云滴虽小，总水量却十分可观。

通过实践表明，最适合人工增雨作业的云是积雨云、高层云。

作业时机的选择经验表明必须在云中适当部位进行作业，效果才会明显。

因此，把握好作业时机十分关键。

2降水机制分析要进行人工增雨，首先要分清暖云和冷云。

云体温度在零下的叫冷云，在零上的叫暖云。

因为对于冷云和暖云，人工增雨的原理和方法都是完全不同的。

我们先说人工冷云增雨。

要不下雨雪的冷云发生降水的关键是要使云内有足够数量的冰晶。

因为冰面上的饱和水汽压比水面要低，因此当云冰晶和水滴（零下而未结冰的过冷却水滴）同时存在时，水滴中的水会自动蒸发，并凝华到冰晶上，使冰晶不断长大成为雪花，最后降到地面上。

如果云的下部和地面气温在零上，雪花融化成为水滴，就是降雨了。

冷云降水的这种原理，便是著名的“冰水转化理论”。

但是在自然条件下，云中即使温度低至-（20~30℃），过冷却水滴还常常不结冰。

为了使这种云降雨雪，必须在云中人工制造大量冰晶。

目前常用的办法是在云中播撒干冰（固体二氧化碳）。

干冰的温度是零下78.2℃，可迅速使云中温度降到-（30~40℃）以下。

云降⽔物理学云降⽔物理学第⼀章、云雾形成的物理基础1、掌握⽔汽达到饱和的条件增加⽔汽和降温2、了解⼤⽓中主要降温过程⼀、绝热降温（冷却）：设⼀湿空⽓块，在它达到饱和以前绝热上升100⽶，温度⼤约降低0.98℃(⼲绝热递减率) 露点温度⼤约降低0.15～0.20℃，⽐⽓温降低慢得多。

所以只要空⽓上升得⾜够⾼，空⽓温度最终会降低到等于其露点温度，这时湿空⽓达到饱和，这个⾼度称为抬升凝结⾼度，再上升冷却就会发⽣⽔汽凝结，从⽽形成云。

由于凝结释放潜热，含云湿空⽓的温度上升冷却率(湿绝热递减率)就要变⼩，变⼩的程度视空⽓温度和湿度、⽓压等状态⽽异。

在空⽓暖湿的情况下，它⼤约是⼲绝热递减率的⼀半多⼀些(0.6℃/100⽶左右)。

在⽓温很低（⽔汽很少）的场合，例如在对流层上部或⾼纬度地区，这两种递减率相差不⼤。

上升绝热膨胀冷却：（1）热⼒性：对流抬升：积状云（2）动⼒性：地形抬升：层状云、上坡雾锋⾯抬升，多形成层状云重⼒波（开尔⽂-赫姆霍兹波）：波状云（3）热⼒+动⼒：低空辐合：ICTZ热⼒、动⼒两者可以互相转化，如热⼒上升的云可因上空稳定层阻挡⽽平衍为稳定性云，动⼒抬升的云可因潜热释放⽽产⽣对流。

⼆、⾮绝热降温：（1）辐射降温：单纯由辐射冷却形成的云很少在云层形成后，由于云体的长波辐射很强，云顶强烈冷却，可使云层加厚，并在地⾯长波辐射使云底增暖的联合作⽤下使云层内形成不稳定层结⽽使云变形，层状云系中夜间有时会激发对流云活动，⼀些强对流风暴系统夜间常常加强或猛烈发展与云顶辐射冷却效应有关。

此外，辐射冷却可形成辐射雾、露、霜（2）（等压）⽔平混合降温：两空⽓团作⽔平混合，不会都是降温的其中较暖的⼀部分空⽓因混合⽽降温考虑两个同质量、未饱和的⽓块，温度分别为-10oC与10oC，混合⽐分别为1.6g/kg、7.6g/kg。

混合之后，温度变为0oC，混合⽐变为4.6g/kg。

0oC时的饱和混合⽐为3.8g/kg。

因此，两⽓块混合之后，变为过饱和。

第十二章云降水数值模拟简介1.概述大多数云都是伴随着上升空气的膨胀冷却作用而形成的。

只有雾是个例外，其中有些雾是通过近地面空气的辐射冷却形成的，或者是由不同温度的气团混合而产生。

在层状云情况下，上升运动受大尺度运动的控制，如沿倾斜的锋面上升，或在一气旋尺度的辐合场中缓慢上升。

在积状云中，上升运动归结为层结不稳定空气中的对流运动。

大尺度运动可以通过动力气象学中的方程组来了解，但对对流运动，了解得尚不很清楚，因为在对流运动中，小尺度湍流作用很重要。

当有云生成时，要从数学上来描述此时的空气运动就更为困难了，因为这时伴随着相变释放潜热，而且凝结生成物对空气还产生阻曳作用。

尽管如此，有关云的理论模式，特别是对流云模式，现已有了发展，可以考虑云的动力学和微物理学之间的相互制约关系，可以在某些方面模拟出近乎自然云的特征。

作为近代气象学研究的一个重要领域，云的数值模式正在稳步地不断改善和发展。

在云的模式中必须考虑三种过程：即动力学过程、热力学过程和云物理学过程。

对这些过程中的绝大多数我们都有一定了解，因此问题在于要将它们组成一组能描述这些过程且可以求解的微分方程。

但由此建立的方程组目前只能求得其数值解，这是云的理论模式化的困难之一。

为此，在方程组解的确定性具体采用的数值近似方法等方面必须做大量的工作。

另一个主要的困难是对云内外空气混合的动力学过程了解得很不够。

虽然在有些模式中已经考虑了混合效应，但通常还是采用经验的甚至是任意的取近似的方法。

一般都是针对单个的孤立积云进行模拟研究。

这样云体可以处理成与其周围环境无关，尽管实际上它们之间总是互相有影响的。

即使作了这样的近似，需要考虑的空间体积(即计算的范围)仍达到甚至超过5×1010米3的量级，而且还希望研究云体在几十分钟时间内的发展。

通过数值处理，在空间和时间的网格点上确定需要计算的量(即温度、空气速度、云中含水量)。

数值模拟所要求的计算时间随着网格点数的增加而迅速加长，为了确保计算时间适当缩短，必须采用相对少一些的网格点或采取其它简化手续，这样处理后必然带来一些不可靠性。

云降水物理学第一章、云雾形成的物理基础1、掌握水汽达到饱和的条件增加水汽和降温2、了解大气中主要降温过程一、绝热降温（冷却）：设一湿空气块，在它达到饱和以前绝热上升100米，温度大约降低0.98℃(干绝热递减率) 露点温度大约降低0.15～0.20℃，比气温降低慢得多。

所以只要空气上升得足够高，空气温度最终会降低到等于其露点温度，这时湿空气达到饱和，这个高度称为抬升凝结高度，再上升冷却就会发生水汽凝结，从而形成云。

由于凝结释放潜热，含云湿空气的温度上升冷却率(湿绝热递减率)就要变小，变小的程度视空气温度和湿度、气压等状态而异。

在空气暖湿的情况下，它大约是干绝热递减率的一半多一些(0.6℃/100米左右)。

在气温很低（水汽很少）的场合，例如在对流层上部或高纬度地区，这两种递减率相差不大。

上升绝热膨胀冷却：（1）热力性：对流抬升：积状云（2）动力性：地形抬升：层状云、上坡雾锋面抬升，多形成层状云重力波（开尔文-赫姆霍兹波）：波状云（3）热力+动力：低空辐合：ICTZ热力、动力两者可以互相转化，如热力上升的云可因上空稳定层阻挡而平衍为稳定性云，动力抬升的云可因潜热释放而产生对流。

二、非绝热降温：（1）辐射降温：单纯由辐射冷却形成的云很少在云层形成后，由于云体的长波辐射很强，云顶强烈冷却，可使云层加厚，并在地面长波辐射使云底增暖的联合作用下使云层内形成不稳定层结而使云变形，层状云系中夜间有时会激发对流云活动，一些强对流风暴系统夜间常常加强或猛烈发展与云顶辐射冷却效应有关。

此外，辐射冷却可形成辐射雾、露、霜（2）（等压）水平混合降温：两空气团作水平混合，不会都是降温的其中较暖的一部分空气因混合而降温考虑两个同质量、未饱和的气块，温度分别为-10oC与10oC，混合比分别为 1.6g/kg、7.6g/kg。

混合之后，温度变为0oC，混合比变为4.6g/kg。

0oC时的饱和混合比为3.8g/kg。

因此，两气块混合之后，变为过饱和。

云降水物理学-学习笔记第一章绪论1.宏观云物理学-大气热力学、动力学微观云物理学-水汽的相变热力学和气溶胶力学，所需的知识为热力学原理、扩散理论等2.Benoit Paul Emile Clapeyron 克拉珀龙(1799-1865)饱和水汽压与温度的关系Irying Langmuir 朗缪尔(1881-1957)积状暖云可因连锁繁生过程使雨滴数量增多+第一次开展飞机人工播云实验Hilding Kohler 科勒(1888—1982)吸湿性核凝结理论Kohler 方程Theodor Robert Walter Findeisen 芬德森(1909-1945)降水粒子形成理论+云降水物理学的鼻祖3.云降水物理学的感性认识观测研究方法探测理性认识理化实验:在隔离因子的情况下分析研究理化模拟:在综合因子的情况下分析研究（用实验方法模拟自然机制及过程）数值模拟第二章云雾降水形成的物理基础1.云：水滴、冰晶、水汽和空气共同构成的统一体2.组成云体的单个云滴或冰晶存在时间很短,云体或者云系的持续存在是由新的云粒子的不断生成维持的。

3.含水量比含水量（质量含水量）：指每单位质量湿空气中所含固态或液态水的质量，常用单位：g/kg，含水量（体积含水量）：指每单位体积湿空气中所含固态或液态水的质量，常用单位：g/m3。

4.Clausius-Clapeyron 克劳修斯-克拉珀龙方程：平水（冰）面饱和水气压和温度的关系温度↑，饱和水汽压↑，饱和水汽压的增大速度↑5.平冰面饱和水汽压＜同温度下的过冷却水面的饱和水汽压6.Kohler 科勒/柯拉方程溶液滴的饱和水汽压温度效应：温度↑，饱和水汽压↑曲率效应：半径↑，饱和水汽压↓浓度效应：浓度↑，饱和水汽压↓7.蒸凝现象：指固态或液态物质因升华、蒸发后转变为气态，或自气态因凝华、凝结而转变为固态或液态的现象。

发生条件：当大气中的实际水汽压介于此时共存的两种表面饱和水汽压不相同的液水或冰的饱和水汽压之间贝吉隆过程（冰晶效应）：对冰、水共存的系统，当实际水汽压介于二者的饱和水汽压之间时，必有水汽从过冷却水滴向冰晶方向扩散。

第八章 暖云降水理论世界上的大部分降水是以雨的形式降落到地面上的，其中许多雨产生在云顶温度高于0℃的云内，这类“暖”云中产生降水的机制是云滴间的碰并。

碰并作用在热带的降水形成过程中占有非常重要的地位，而在云顶低于冻结温度的中纬度积云中碰井作用也有一定的意义。

1.1 碰并增长碰并的意义云滴的半径一般很小。

云中群滴增长时，如单凭凝结作用，则当半径增大到超过临界值后，由于争食水汽，造成的云滴谱也仅是半径为1到10微米间的较均匀的狭谱。

要想使云滴形成一个半径1毫米的雨滴，单凭凝结增长十分困难。

因为一个半径为1毫米的雨滴，其质量或体积相当于100万（106）个半径为10微米的云滴。

而凝结增长时，其半径的增长速度是随半径的增长而很快变慢的。

在整个云的生命期中，是不足以靠凝结增长而达到雨滴的半径的。

根据研究，云滴转化为雨滴，主要是靠云滴间的碰并过程。

碰并过程之所以重要，是因为这种作用是随半径的增大而加速的。

研究云滴碰并，这里着重研究两体碰并。

习题4给出的是较典型的大陆积云云滴特征，数密度为200个/cm 3，半径10μm ，通过计算可知，其含水量为0.84 g/m 3（常用典型值1 g/m 3），云滴间平均距离为0.21 cm ，由此可知，一个云滴至少要移过其本身直径的近100倍才能与其它水滴相碰。

所以，云体事实上是水滴的稀气溶胶。

在这种情况下，其主要碰并形式，自然就是两体碰并了。

a. 微滴的下落末速度微滴的下降速度受三种力的作用决定，即地球重力、空气浮力和空气阻力。

1）重力假设水滴的半径为r ，则地球重力为 343w r g πρ 其中g 可看作常数。

假定水滴在下降过程中，无蒸发、凝结、碰并现象，从而r 也可看作常数，因此可认为水滴受到的地球重力无变化。

2）浮力空气浮力等于水滴排开的等体积空气的重量，按阿基米德原理，空气对水滴的浮力应为 343r g πρ 由于空气密度愈向下愈大，所以浮力也就相应愈向下愈大。

暖云人工降雨进展代君梅南京信息工程大学应用气象学，南京 210044摘要：人类对天气现象的探索和研究就从没停止过，大自然的奥秘对人类的吸引是从不间断的，而因为人类的智慧，人类逐渐能够影响天气，利用天气。

目前我国人工影响天气规模、经费投入已达世界之最，人工影响天气工程正在建设之中，人工增雨也正在研究中。

论文简要回顾了我国云物理研究和人工影响天气的的科学原理，更加深入的研究了暖云增雨机制，使得暖云增雨机制更好的为人类服务，并且思考我国人工降雨中的暖云增雨在新形势下进一步的发展的问题，这显得尤为重要。

论文针对人工影响天气的发展历史和现代暖云增雨作业的问题和现状进行分析，并且为以后作业活动过程提供很好的帮助，以达到利用现代技术为人类造福的目的。

关键词：暖云增雨人工降雨人工影响天气云物理1 引言自古代以来，人类就在不断探索大自然的奥秘，天气状况更是人们所关心的，因此，人工影响天气一直是人类所研究的课题，随着经济的发展和技术的进步，人类如今在遵守自然规律的前提下，已经可以简单的影响天气变化了，人工增雨这项技术的使用必将为中国经济的发展增光添彩，亦将为世界的和平与稳定做出贡献。

出于农业发展和抗旱的需要，1958年起我国开展云雾和降水学以及人工影响天气研究。

中国科学院地球物理研究所气象研究室(中国科学院大气物理研究所前身)组建了一支强大的科技力量，开展了一系列云雾降水的观测、人工影响天气的野外和室内试验，如云的宏观发展过程、云滴谱的观测研究、飞机人工增雨试验、高山融冰化雪试验、土炮防雹试验和消雾试验等。

与此同时，开始建立暖云室和冷云室，开展暖云催化剂、冷云催化剂和冲击波作用等室内实验1。

暖云对大气起着重要的动力和热力作用，暖云形成的降水对人类的生命和日常活动具有重要作用和影响。

云中潜热释放是大气中各种尺度天气现象的重要能量来源，从单块积云到中尺度系统直至全球大气环流，云的辐射特征很大程度上控制着地球气候并可能影响气候变化。