工增雨作業(yè)的依據(jù)：一次低槽冷鋒層狀云系結構禾口過冷水分布特征的模擬研究
作者：曹建國
研究大范圍云系中過冷水區(qū)可能的分布演變規(guī)律是云物理學的一個基本問題，對科學實施人工增雨作業(yè)和減少飛機積冰事故，具有十分重要的應用前景。
國內外的許多綜合觀測計劃得到了過冷水監(jiān)測和分布規(guī)律的一些研究結果(Peter et al，1980；Braham et a1，1986; Edmond et al，1988;游來光等，2002,金德鎮(zhèn)等，2004）：過冷水主要出現(xiàn)在山體迎風坡和山脊頂；過冷水常在高空冷鋒后發(fā)展，整體位于-10℃以下；我國北方層狀云過冷水量較少，其分布不均勻。除了直接觀測手段，利用模式研究云中各種微物理過程、過冷水分布和轉化機制有重要意義，許多研究都得到有意義的結果（陳小敏等，2014；王磊等，2014；周黎明等，2015）。Andre等(1995)用加拿大RFE模式模擬的溫度、液態(tài)含水量跟飛機觀測對比，并模擬了過冷云水的分布。Reisner等(1998)曾利用MM5顯式模式預報了冬季風暴中過冷水，表明利用當前微物理參數(shù)化和高分辨率的格距（＜10 km)精確地預報有限地區(qū)的過冷水是可能的。胡志晉等(1983)用簡單的一維冷云模式研究了過冷水量與上升速度、降水量的關系，指出過冷水量與冷云降水量有反相關，同前蘇聯(lián)的觀測統(tǒng)計結果一致。胡志晉等(1986)用一維混合相層狀云模式模擬了Hobbs觀測的中緯度氣旋云系中多種雨帶中
冰雪和過冷水量的微物理垂直結構，同實測比較一致。王鵬云等(2002)利用MM5濕物理顯式方案模擬研究了1998年5月23-24日自粵北移向南海海岸冷鋒前對流云團中的云物理過程，給出了云中過冷水的空間分布和隨時間演變及其與水汽、冰相（冰晶、霰、雪）、垂直氣流的相互關系。陳小敏等(2011)利用國家氣象中心GRAPES人工增雨模式，詳細分析了云內微物理過程，表明重慶東北部地區(qū)水汽向云水轉化較強，過冷水豐富。石愛麗等(2013)利用MM5模式模擬河南一次秋季層狀云，得出暖區(qū)上升運動強，云中過冷水充沛分布在650～400 hPa。彭沖(2014)曾利用飛機觀測資料對一次低槽冷鋒層狀云結構特征進行了詳細分析，發(fā)現(xiàn)云中過冷水極少。周黎明等(2014)利用PMS飛機資料研究不同天氣系統(tǒng)層狀云中液態(tài)含水量及過冷水的區(qū)別。楊文霞等(2014)對河北一次西風槽過程中過冷水的分布特征作了觀測研究，表明過冷水含量峰值常出現(xiàn)在云內逆溫層的上方。
縱觀對于過冷水的研究，結合天氣形勢、飛機微物理等觀測與中尺度數(shù)值模擬結合對過冷水進行研究的很少。低槽冷鋒又是我國北方層狀云降水的主要天氣系統(tǒng)之一，本文利用耦合了CAMS云微物理方案的WRF中尺度模式的模擬結果，結合飛機、衛(wèi)星、雷達、地面雨量等觀測資料，對2012年9月25日山西一次低槽弱冷鋒降水層狀云系的宏微觀結構和過冷水分布特征進行了詳細分析，試圖研究低槽冷鋒層狀云系結構特征及過冷水形成的宏微觀條件，為人工增雨作業(yè)提供依據(jù)。
1 云系概況和觀測概況
1.1天氣過程
2012年9月24日我國西北存在大范圍低槽冷鋒云系自西向東移動，進入山西境內，25日20時仍未完全移出山西。500 hPa高度場上,08時低壓槽線由貝加爾湖延伸至內蒙古西部、甘肅中部且向東移動，山西位于槽前；14時山西位于槽線附近；20時山西大部分地區(qū)位于槽后。700 hPa高度場上存在東北一西南走向的切變線，略領先于000 hPa槽線，可判斷該槽為后傾槽，切變線周圍伴有水汽大值區(qū)，山西一直位于西南氣流中，且該地水汽主要集中在700 hPa，地面存在弱冷鋒。
1.2 飛機觀測簡介
2012年9月25日，山西省人工影響天氣辦公室利用運-12飛機于12：17 14：50在太原一忻州 婁煩一忻州 婁煩忻州一太原一帶進行了綜合飛機觀測，飛行軌跡如圖la所示，飛行高度及溫度隨時間的變化如圖lb所示。飛機裝載DMT探測系統(tǒng)，包括CDP探頭（量程：3～50 um）.CIP探頭（量程：25～1550 um）、PIP探頭(量程：100～6200 um)等。
1.3 其他觀測資料簡介
為了精細分析云系結構演變并檢驗模式效果，本文還用到了逐小時FY-2E衛(wèi)星資料及其反演云參數(shù)產(chǎn)品（陳英英等，2009），6 min -次的太原C波段多普勒雷達資料，地面加密雨量資料及NCEP(1°×1°)再分析場資料。
2 云系的數(shù)值模擬和模擬結果的驗證
2.1數(shù)值模擬簡介
本文利用耦合3CAMS WRF V3.5中尺度模式進行數(shù)值模擬試驗，使用6h-次l°×1°的NCEP全球再分析資料作為初始場，采用三重雙向嵌套方案，地圖采用蘭伯特投影。模擬時間為2012年9月24日20時（北京時，下同）至25日20時，模擬區(qū)域見圖2，外層模擬區(qū)域中心位置( 36. 316°N、112. 06°E)，網(wǎng)格距距為30 km，格點數(shù)為84×84，中層模擬網(wǎng)格格距為10 km.格點數(shù)為187×184，內層模擬網(wǎng)格格距為3. 33 km,格點數(shù)為286×307，時間積分步長分別為180、60、20 s。模式選用Grell-Devenyi對流參數(shù)化方案和CAMS微物理方案、RRTM長波輻射方案、Dudhia短波輻射方案、Monin-Obukhov近地層方案及YSU行星邊界層方案。CAMS微物理方案是由中國氣象科學研究院胡志晉等發(fā)展的一套混合相雙參數(shù)微物理方案，包括水汽和云水的比水量(Qv，Qc)，冰晶、雪晶、雨水和霰的比水量和比濃度(Qi，Qs，Qr，Qg，Ni，Ns，Nr，Ng)和云滴譜拓寬度(Fc)11個預報量，考慮了31種云物理過程。該方案現(xiàn)已實現(xiàn)了與中尺度模式WRF、MM5、區(qū)域模式GRAPES的耦合，并表現(xiàn)出較好的模擬能力。
在人工影響天氣領域云降水精細預報中發(fā)揮了重要作用(孫晶等，2008；Lou et al，2012; Gao et al,
2.2 天氣形勢對比
圖3是2012年9月25日14時NCEP分析場（分辨率1。）與模擬(分辨率30 km) 500和700 hPa天氣形勢圖。500 hPa上，模擬位勢高度場、溫度場、風場的分布趨勢與NCEP分析場十分接近，模式較好地模擬出了由山西西北邊緣延伸至陜西中部、四川東北的槽，山西位于槽線附近，模擬的上升運動區(qū)范圍較NCEP分析場大，但基本模擬出了上升運動區(qū)東北一西南走向的帶狀分布，由于模擬的分辨率較高，位勢高度細微的變化都能體現(xiàn)出來，故模擬的位勢高度等值線不光滑。700 hPa上，模擬水汽通量的分布、大值區(qū)位置及風場與NCEP分析場基本一致。從整個模擬的時間段來看，模擬的天氣形勢的演變與NCEP分析場基本相同，都表明此次影響山西的過程屬于低槽弱冷鋒系統(tǒng)，且該槽為后傾槽，隨著時間的推移鋒面坡度逐漸增大。圖中黑框為圖la所示飛行軌跡所在區(qū)域，主要探測高度為759～6312 m，可以看出飛機軌跡主要處于鋒面前部。
分析時段內存在弱冷鋒，因此給出2012年9月25日14時利用NCEP資料和模擬結果沿38.4°N的緯向垂直剖面（忻州所在緯度）。在緯向垂直剖面上（圖4a和4b），等相當位溫線顯示在110°～130°E之間存在一條傾斜的鋒區(qū)，等溫線在穿越鋒區(qū)時略微上折表明鋒區(qū)東西兩側有一定的溫度對比。經(jīng)向風速分量上可以看出，忻州低空為偏南風．忻州位于上升運動區(qū)，零風速線可近似看作槽線，可分析出槽線后傾，槽前為上升運動，發(fā)展深厚。將相對濕度大于80%的高濕區(qū)近似看做云區(qū)（圖4c和-ld），可以看出云區(qū)位于槽前，深厚的上升運動使云區(qū)向上深厚發(fā)展，由緯向剖面可知，云區(qū)發(fā)展深厚，云頂高，上層云區(qū)發(fā)展寬廣，底層云區(qū)較窄。該天氣過程為低槽弱冷鋒系統(tǒng)。
2.3降水場對比
將模擬的逐6h降水與實測進行對比，2012年9月25日02-08時（圖略），模擬的雨區(qū)主要位于內蒙古、陜西一帶，山西西北側出現(xiàn)降水，雨帶整體雨強最大，模擬雨帶量值、位置與實測一致；08 14時(圖Sa)，模擬的降水區(qū)覆蓋了山西中、北部地區(qū)，降水量最大值超過10 mm，山西位于雨帶大值區(qū)，整體雨強減弱，模擬降水范圍、量值、移動趨勢與實測基本一致；25日14-20時（圖Sb），模擬降水區(qū)向東移動，山西位于雨帶西側邊緣，最大降水量減弱到5～10 mm之間，模擬降水范圍、大小與實測基本一致。模擬的逐6h降水的量值、分布、位置及隨時間的演變都與實測十分吻合。逐小時雨量的實測值和模擬值的等值線分布也一致（圖略），雨帶由25日03時開始進入山西，09-16時山西雨量大多在1～3 mm，17-20時雨量減�。轿饔炅炕拘∮趌 mm，雨帶呈東北一西南分布．自西向東移動。模擬的逐小時降水仍與實測十分接近。
3 鋒面云系不同部位的結構特征
3.1 云系水平結構特征
為了了解該層狀云系的結構特征，本文將模擬總水成物含量大于0.01 g．kg-1的部分近似看做云區(qū)，云區(qū)垂直方向上最頂層高度所對應的溫度為云頂溫度。2012年9月25日06-20時，層狀云系自西向東經(jīng)過山西，云系具有西南云頂溫度高、東北云頂溫度低的特點。25日14時模擬的云頂溫度（圖6a）低溫區(qū)分布在山西、河北中北部及內蒙古地區(qū)，云頂溫度低溫區(qū)量值介于55～45℃。衛(wèi)星反演云頂溫度的值較模擬略高、范圍略小，但分布與演變與模擬一致（圖略）。因云系移動緩慢，故采用同時刻小時降水描述雨帶，圖6a等值線為模擬小時降水，對比可知，雨帶呈東北～西南分布，雨區(qū)分布在云區(qū)低溫區(qū)前中部一帶。本文用模式計算的總水成物（包括云水、冰晶、雪、霰、雨水）的垂直累積含水量來代表模擬的云場。云場由25日05時開始進入山西，自西向東緩慢移動，20時，山西處于云場后部。25日14時模擬云場（圖6b）的含水量大值區(qū)與云頂溫度低溫區(qū)相對應，位于山西中北部、山西地區(qū)，呈東北一西南分布，云場含水量大值區(qū)量值大多介于0. 05～0.1 mm。通過分析24日20時至25日20時模擬云場的發(fā)展演變（圖略）可知，云場分布均勻，含水量整體較小，不超過0.4 mm，自西向東移動，15時起云場含水量大值區(qū)逐步減少消散。從700 hPa風場可以看出，風切變前西南氣流存在云場含水量大值區(qū)。
以上分析表明，雨帶呈東北一西南分布，雨區(qū)分布在云區(qū)低溫區(qū)前中部一帶；結合衛(wèi)星反演光學厚度（圖略）可知：西南光學厚度高、云頂溫度高，東北光學厚度低、云頂溫度低，表明云場在該范圍內西南云低且云水含量相對較大，東北云高且云水含量相對較小。云場整體分布均勻，范圍廣，云場含水量大值區(qū)亦同云場一樣，呈帶狀分布、東北一西南走向。
3.2云系垂直結構特征
從前面的云系水平結構分析可知，云系水平結構較均勻，呈東北一西南帶狀分布，降水場分布與云場含水量大值區(qū)分布相對應，700 hPa風切變前西南氣流存在云場大值區(qū)。下面利用模式模擬的25日14時，山西忻州所在緯度(38.4°N)東西向垂直剖面對云系垂直結構進行分析。
25日14時，從不同高度的水平風場（圖7）上可以看出，在38.4°N存在自東向西，由低到高西北風與西風的風切變，由前面天氣形勢分析已知此次過程為低槽冷鋒系統(tǒng)，用粗實線表示垂直鋒面（鋒面由模擬的500、700、850 hPa天氣形勢圖得出），在鋒面前方存在垂直上升運動大值區(qū)，此處上升運動發(fā)展深厚，且大值區(qū)基本位于600～250 hPa，高度較高；在700～800 hPa、112°～113°E之間的區(qū)域也存在部分上升運動大值區(qū)。
用水成物的垂直剖面來分析云系微物理特征。25日1 4時（圖8），在陜西、山西境內(107.5°～116,5°E)均有云層覆蓋。位于鋒前的云系前部：(114.5°--116.5°E)為冷云，云頂溫度低于 40℃，云底高，沒有降水；鋒區(qū)：(111.5°~114.5°E)為冷暖混合云，且暖區(qū)較淺，云底低，僅在-5～0℃之間存在少量過冷水，催化潛力小，O℃附近的暖區(qū)存在未融化的雪和霰，雨水到達地面形成降水，云水的產(chǎn)生對應上升運動區(qū)，此處高空存在冰相粒子的大值區(qū)，低空存在云水的大值區(qū)；處于鋒后的云系后部：(107．5°～111.5°E)為冷云，云頂溫度-30℃左右，云底高，O℃附近的暖區(qū)存在未融化的雪和霰，存在冷云降水。以上垂直結構表明，鋒前云頂高，冰相粒子濃度大；鋒區(qū)為冷暖混合云，云水含量大，冰相粒子濃度最高，云垂直發(fā)展深厚，地面出現(xiàn)降水；鋒后為高層冷云，但云頂溫度相對較高，部分地區(qū)存在降水。
以上分析表明，在鋒前為高層冷云，云頂溫度
40℃左右，以冰相粒子組成，不存在過冷水，沒有降水；鋒區(qū)，云系變成高層冷暖混合云，冷區(qū)以少量過冷水和大量冰相粒子組成，地面降水最大；鋒后云系為高層冷云，云頂溫度- 30℃左右，不存在過冷水，以較少冰相粒子組成，地面降水較弱。
3.3 微物理垂直結構特征
25日12：17-12：50，飛機從太原起飛，斜升探測飛向忻州，探測高度為766～6281 m。此時山西仍位于槽前，地面存在降水。飛機探測的云垂直結構見圖9a、9c和9e。零度層位于4013 m;云水分布在2000～4500 m，暖區(qū)云水含量最大值達到0.15 g．m-3，位于2500 m附近；冷區(qū)存在少量過冷水，最大值僅為0. 04 g．m-3；CIP、PIP濃度的峰值均在負溫區(qū)，兩者濃度非常高，CIP濃度峰值達到1.6cm-3。飛機二維粒子圖像模式如圖9i所示，冷區(qū)均為冰相粒子，它們下落到暖區(qū)開始融化，在2700 m(6℃)以下為雨滴，數(shù)濃度也明顯減小到
0. 001 cm-3。模擬的12時飛機關注區(qū)(37. 55�！�38. 53°N、111. 83°～112. 92°E)內水成物的垂直分布（圖9b、9d、9f和9j）表明，零度層位于630 hPa(約3800 m)左右；云水分布在800～550 hPa(約1890～4890 m)，在700 hPa（約2960 m）出現(xiàn)峰值，為0.1 g．m-3，過冷云水少；冰晶分布在650～450hPa（約3550～6490 m），濃度最大值為0.0012 cm-3；雪霰濃度最大值在高空300 hPa，達到0. 002 cm-3，隨高度向下減小，0℃線以下融化成雨滴，最大濃度在700 hPa達到0.0003 Cm-3，其下由于落速加大濃度減少到2×10-s crri-3。從PIP有效粒子直徑（圖9g）和模擬雪霰質量大小(Qs+Qg)／(Ns+Ng)（圖9h）可以看出，700 hPa(約3km)以上，雪霰粒子尺度隨高度降低而增大；700hPa以下，雪霰粒子尺度隨高度降低而減小。模擬的垂直分布廓線相似，但降水粒子的數(shù)濃度比實測小得多，原因有待進一步研究。
以上飛機觀測資料和模式結果共同表明，此鋒面云系過冷水垂直厚度薄且含量小，垂直結構上云水含量、冰晶數(shù)濃度均呈單峰分布，分別在700、550 hPa附近出現(xiàn)峰值；雪霰數(shù)濃度隨高度降低而減小，但雪霰粒子尺度卻先隨高度降低而增大，于700 hPa附近達到極大值，隨后隨高度降低而減小，雪霰在O℃以下融化成雨滴，濃度在700 hPa達到最大。
4鋒面云系過冷水的分布特征
云中過冷水的存在對于降水的發(fā)展發(fā)揮重要的作用，認識過冷水的分布對人工增雨作業(yè)、減少飛機積冰事故極其重要。由前面的分析可知，本次低槽冷鋒系統(tǒng)下的過冷水含量少，且基本分布在-5℃～O℃之間。分析過冷水的分布，首先要弄清決定過冷水的關鍵是什么，秦琰琰等(2006)通過理論和觀測研究表明，垂直上升氣流是過冷水產(chǎn)生和維持的重要動力條件，故先討論垂直速度與過冷水的關系，分析過冷水分布的動力學因素。對比模擬25日14時600 hPa高度垂直速度場與過冷水場（圖lOa、lob）的水平分布可知，過冷水基本上都分布在700 hPa切變線前方的上升運動區(qū)，兩者在水平尺度上具有相當好的一致性。對比25日14時模擬的飛機關注區(qū)域平均垂直速度和云水混合比的垂直變化（圖lOc、lOd）可知，900～700 hPa，云水混合比和垂直速度均隨高度的增加而增大；700～500 hPa，云水混合比隨高度增加而減小，直到減小至Og．kg-1，但是垂直速度仍隨高度的增加而增大，垂直速度的大值區(qū)一直維持到400 hPa高度，之后才隨高度的增加而減小。正是因為垂直速度的區(qū)域平均值最大不超過0. 08 m．S-l，垂直速度大值區(qū)處于高于過冷水層的部位，雖然存在較淺的暖區(qū)，但是因為過冷水層的垂直上升運動相對較弱，且過冷水層下部垂直速度弱、上部垂直速度強，不能在過冷區(qū)長時維持大量液態(tài)水，導致過冷水含量較少。
過冷水分布的微物理學因素可以通過分析微物理過程得到，對25日14時各微物理過程的轉化效率沿38.4。N的剖面（部分見圖11）可以看出：過冷水主要來源是水汽的凝結( SVC)，量級：10_4(圖lla)，鋒區(qū)內O℃下方的云水可被上升氣流帶入負溫區(qū)，且云水的蒸發(fā)相對弱于水汽的凝結，可以使得負溫區(qū)維持一定的過冷水；過冷水的主要匯項是云水和雪晶、霰的碰并( CCS、CCG)，量級：10-5(圖llb、llc)；冰晶的主要生成項是冰晶的核化(PVI)，量級：10 9（圖lld），而冰晶繁生(PCI)的量級為10 -13（圖略）遠遠小于冰晶核化，核化的冰晶大多處于鋒面上方，且西風的垂直分布是高層風速大、低層風速小，導致高層風速相對云系移速快、低層風速相對云系移速慢，致使冰晶擴散到整個云系內，通過凝華長大；雪晶的生成項是冰晶自動轉化成雪晶( AIS)，量級：10-5（圖lle），雪晶生成的大致區(qū)位于鋒區(qū)，此處上升運動強烈，可以將大量雪晶帶至300 hPa高度；霰的生成項是雪晶自動轉化成霰(ASG)，量級：lo-5（圖llf），霰生成的效率及范圍小于雪晶。
本文模擬采用的CAMS方案中，計算冰晶核化的公式為：
式中，NIN、BIN為計算冰核濃度參數(shù)，K=
為相對過飽和率，如果它小于零，則水汽相對冰面不飽和；如果它介于0～1，則水汽相對水面不飽和、相對冰面飽和，若有過冷水就會產(chǎn)生貝吉隆過程，沒有過冷水則存在冰晶凝華；如果它大于1，則水汽相對水面飽和。圖12為模擬的25日14時相對過飽和度沿38.4。N的剖面，與圖8對比可以看出，過冷水存在區(qū)域，相對過飽和率接近于1，且此處冰相粒子很多，存在很強的貝吉隆過程，水汽優(yōu)先供應冰晶的生長，剩余的水汽才會生成過冷水。
以上分析表明，本次過程過冷水主要分布在鋒面前方，過冷水的存在主要由兩大過程決定：一是水汽上升冷卻提供可凝結水量；另一是冰相粒子在低于水面飽和而高度冰面飽和條件下凝華增長消耗了上升冷卻的過飽和水汽。如果前者大于后者，云水能維持增多，如果后者大于前者，云水會蒸發(fā)，即為貝吉隆過程。所以上升氣流具有正的作用而冰相粒子量有負作用。故過冷水同600 hPa的升速分布有較好的關系。垂直上升運動十分深厚，大值區(qū)在高層，有利于冰粒子的增長和下落，造成在-5～0℃區(qū)冰粒子很多，相對過飽和度接近于1，水汽相對水面不飽和、相對冰晶飽和，貝吉隆過程很強；而該區(qū)升速較小，過冷水就少。在更低的溫度冰面和水面的飽和水汽差更大，過冷水就不能存在了。
5 冰核濃度敏感性試驗
由于此次低槽冷鋒層狀云系過冷水少、冰相粒子多，故通過更改冰核數(shù)濃度分析冰核濃度對過冷水的影響。CAMS方案計算冰核核化濃度的公式為：
式中，NIN、BIN為計算冰核濃度參數(shù)，保持BIN不變，分別令NIN=0.01，NIN=0.653，NIN=
6. 53，NIN=65.3，可以看出，冰核初始數(shù)濃度對24 h降水幾乎沒有影響（圖13，僅以NIN=0.01，
NIN -6. 53做代表，下圖相同），雨帶的走向、分布、量值幾乎沒有變化。再對25日l4時四種冰核數(shù)濃度下的水成物沿38.4°N做剖面（圖14）．可知：冰核數(shù)濃度越大，最終冰晶數(shù)濃度越大．但是雪霰含量沒有明顯變化，-5～O℃區(qū)域內的過冷水也沒有明顯變化。冰晶核化過程主要發(fā)生在400 hPa之上，且小于- 40℃時，ACI（云水凍結成冰晶）轉化效率很大，該區(qū)域的過冷水隨冰核濃度增大而減少，冰晶大多產(chǎn)生在高層，故對-5～0℃區(qū)域的過冷水幾乎沒有影響。
6 結論
本文利用耦合了CAMS云微物理方案的WRF中尺度模式對2012年9月25日山西一次低槽弱冷鋒降水層狀云系的宏微觀結構和過冷水分布特征進行了模擬分析，影響此次降水過程的系統(tǒng)為低槽弱冷鋒，且鋒面后傾，結合飛機、衛(wèi)星、雷達、地面雨量等觀測資料分析，模擬的天氣過程、云系演變及降水與實測十分吻合，主要結論如下：
(1)低槽弱冷鋒云系水平結構較均勻，云場含水量大值區(qū)與云頂溫度低溫區(qū)相對應，降水場分布與云場含水量大值區(qū)分布相對應，700 hPa風切變前西南氣流存在云場含水量、光學厚度大值區(qū)。山西北部地區(qū)存在層狀云降水，雨強介于1~3 mm·h-l之間。
(2)低槽弱冷鋒云系，位于鋒前的云系前部為高層冷云，云頂溫度-40℃左右，以冰相粒子組成，沒有降水；鋒區(qū)云系變成高層冷暖混合云，冷區(qū)以少量過冷水和大量冰相粒子組成，地面降水最大；處于鋒后的云系后部為高層冷云，云頂溫度-30℃左右，不存在過冷水，以較少冰相粒子組成，地面降水較弱。
(3)低槽弱冷鋒云系，過冷水主要分布在鋒面前方低于-5℃層，高度偏低、含量偏少，過冷水一方面因垂直上升速度供應水汽維持，另一方面因冰相粒子的凝華而消耗。過冷水層及其下部上升運動較弱、而其上部上升運動較強，不利于在過冷區(qū)長時間維持大量液態(tài)水，反而促使冰相粒子發(fā)展旺盛，此處水汽相對水面不飽和、相對冰面飽和，大量冰相粒子消耗水汽，不利于過冷水的存在，導致云場僅存在少量過冷水。
(4)本次過程中，冰核濃度的增大僅增大冰晶濃度，對雪霰含量及-5～0℃的過冷水幾乎沒有影響。
7提 要：
本文利用耦合了CAMS云微物理方案的WRF中尺度模式的模擬結果結合飛機、衛(wèi)星、雷達、地面雨量等觀測資料，對2012年9月25日山西一次低槽弱冷鋒降水層狀云系的宏微觀結構和過冷水分布特征進行分析，試圖研究低槽冷鋒層狀云系結構特征及過冷水形成的宏微觀條件，為人工增雨作業(yè)提供依據(jù)。模擬的天氣形勢、降水、云頂溫度、雷達回波、水成物的演變與實測基本一致。結果表明：此次降水過程的系統(tǒng)為低槽弱冷鋒，且鋒面后傾，位于鋒前的云系前部為高層冷云，云頂溫度一40℃左右，以冰相粒子組成，沒有降水；鋒區(qū)云系變成高層冷暖混合云，冷區(qū)以少量過冷水和大量冰相粒子組成,地面降水最大；處于鋒后的云系后部為高層冷云，云頂溫度一30℃左右，不存在過冷水，以較少冰相粒子組成，地面降水較弱。過冷水主要分布在鋒面前方低于一50C層，高度偏低、含量偏少，過冷水一方面因垂直上升速度供應水汽維持，另一方面因冰相粒子的凝華而消耗。過冷水層及其下部上升運動較弱、而其上部上升運動較強，不利于在過冷區(qū)長時間維持大量液態(tài)水，反而促使冰相粒子發(fā)展旺盛，此處水汽相對水面不飽和、相對冰面飽和，大量冰相粒子消耗水汽，不利于過冷水的存在，導致云場僅存在少量過冷水。本次過程中，冰核濃度的增大僅增大冰晶濃度，對雪霰含量及一5～o℃的過冷水幾乎沒有影響。
