人工影响天气期末复习笔记

（一）什么是人工影响天气

利用自然云微物理不稳定性，通过一定的技术方法改变云的微结构，从而改变云降水的发展过程，从而达到增加降水，防雹，消云雾等目的

（二）为什么要人工影响天气

• 我国水资源相对短缺
• 我国水资源分布补均匀
• 人工防雹保护农业生产
• 人工消雾
• 生态环境的建设和保护
• 重大社会活动的保障
• 森林火灾

（三）云雾形成的宏观条件

• 由相对湿度变化方程可以得出，云雾形成的条件是降温，增湿，两者都有

3.1 降温

降温有以下过程：

• 上升膨胀冷却——斜升：锋面抬升，地形抬升
• 上升膨胀冷却——风切变，气流过山
• 上升膨胀冷却——对流：孤立对流，比如积雨云等
• 平流冷却：暖湿空气流经冷的地面，比如产生平流雾
• 辐射冷却：夜间辐射量冷却，比如辐射雾和层状云的形成

3.2 增湿

• 平流增湿：冷空气流过暖水面，暖空气流过冷地面

3.3 乱流混合

• 湿空气垂直混合：又有上升的冷却，又有冷暖空气相遇

3.4 云雾形成的微观条件

• 冰相出现
• 大滴出现
• 溶液出现
• 降温
• 增湿
• 水滴带电

3.5 绝热含水量

含水量：也叫体积含水量 ，表示单位体积湿空气中所含固态/液态的水的质量，常用$g/m^3$表示

比含水量：也称质量含水量，表示单位质量湿空气中所含固态/液态水的质量，常用g/kg表示

• 空气因绝热膨胀冷却所凝结出的比含水量，称为绝热比含水量或饱和比含水量
• 绝热比含水量 = 云底饱和比湿 - 该高度上的饱和比湿 = 从云底到该高度凝结出的比含水量,
• 即$q_{lz}=q_{sb}-q_{sz}$
• 绝热含水量和绝热比含水量之间相差一个密度，即$W_{az}={\rho }_z{q}_{lz}$，$W_{az}$就是绝热含水量

3.5.1 绝热含水量随高度变化规律

$\frac{d{W}_{az}}{dz}={\rho }_z\frac{d{q}_{lz}}{dz}+q_{lz}\frac{d{\rho }_z}{dz}$

可以看成 $\frac{d{W}_{az}}{dz}={\rho }_{z}A+q_{lz}B$

• 比含水量随高度升高而升高，A>0
• 云底比湿随高度上升而下降，B<0
• 因此需要比较这两项的大小，决定了绝热含水量随高度的变化
• 实际大气中，云底高度较低时候，第一次项大，W随高度增加
• 在较高高度W随高度减小
• 一般云内实际含水量<=可逆湿绝热过程中的理论含水量W，原因如下：

1. 云内夹卷或湍流扩散作用，使含水量偏小
2. 云内的下沉气流区，由于与干空气混合，使含水量偏小
3. 在降水区，云雪粒子的下落速度可能随高度下降而减小，造成降水的堆积，使W偏大
4. 云越厚，云底温度越高，其平均含水量和最大含水量都会越大

3.6 降温机制

• 等压降温：比如夜间的辐射冷却，出现凝结和凝华，出现露和霜
• 夹卷降温：气块上升中卷入周围空气与之混合的过程，由于夹卷作用饱和湿空气的温度递减率将大于湿绝热递减率，使气层的不稳定度减小
• 平流降温：气流把空气输送至温度较低区域产生生平流降温
• 辐射降温：最有大气中长波辐射冷却率可达1~3k/d，而吸收太阳辐射的加热率约为0.6k/d，即时白天，含有较多水汽的空气仍为净辐射冷却
• 相变降温：因相变消耗热量导致温度下降；比如秋冬大陆湖泊山上的蒸汽雾就是这样形成的

3.7 增湿机制

大气中的水汽来源：

• 水汽的蒸发和平流输送，水汽辐合
• 湍流扩散

3.8 抬升凝结高度

一湿空气开始沿干绝热线上升，在一定高度气块达到饱和（气温=露点）之后沿湿绝热线上升，达到饱和的那个高度就是抬升凝结高度，高于这个高度就会发生水汽凝结，就容易成云至雨
在艾玛图上就是干绝热线和等饱和比湿线的交点

• 由公式可以算出抬升凝结高度，可以用来估算对流云底高度
  
• 凝结高度和云底高度不一定重合
• 也可以用地面相对湿度和地面气温来求
  

（四）核化理论

• 核化过程：大气中形成云雾粒子的相变过程
• 核化过程又分为同质核化和异质核化

同质核化：单一相态分子中没有其他物质存在时发生的核化过程
异质核化：有异质核存在时的核化现象
区分就是核是否和外面是同物质

4.1 同质核化

同质核化：单一相态分子中没有其他物质存在时发生的核化过程

• 当水汽比较充沛的时候，有些水汽分子会偶然结合成微滴，其大小大于一个临界值就会继续增长，小于就会消失
  
• 微滴增长和消失的速率之间的平衡值决定了微滴的临界尺度
  
• 实验得出只有相对湿度非常非常大，甚至达到800%以上的时候才出现自发凝结现象，因此自然条件下不可能出现水汽同质化凝结形成水滴
• 原因是一个水汽过饱和相并不直接转变为最稳态(冰)，而是先转变为次稳态（或亚稳态），即过冷却水，同质凝结核化即在过冷纯水滴中形成冰晶的过程
• 过冷水中水分子已经按水的排列结构聚在一起，想形成冰胚，首先要破坏其原有结构，改变水分子位置及方向，之后在水中形成新的相态（冰相）
• 水滴直径为1微米的时候，温度要降到-45度以下才能使一半过冷水滴在1度/小时的过冷却率下同质冻结
• 一般将-40度作为同质冻结核化的阈温值，在对流层内一般温度高于-40度，所以大气中不易通过同质冻结核化形成冰晶，但一些高的卷云可以

4.2 异质核化

• 水汽在带电粒子上的平衡饱和比湿比不带电的时候小
• 当水滴半径小于0.6纳米时，电荷的影响十分显著

不溶性粒子的核化

• 不可溶平表面：比如潮湿环境下的墙面，镜面，瓷砖表面发生的凝结现象
• 不可溶粒子：随着半径的减小，不可溶粒子上的发生凝结过程所需的过饱和度增大。所以说大多数不可溶粒子不大可能成为自然云的凝结核

可溶性粒子的核化

• 可溶性核上的凝结可以用寇拉方程描述

4.3 过饱和度和液滴半径的关系

可以看出：

• 盐核质量愈大，起始的饱和溶液滴半径也愈大
• 盐核质量愈大，则临界相对湿度愈小，但临界半径却愈大
• 当环境湿度小于临界相对湿度的时候，盐核可以增长到对应的大小，处于稳定态
• 环境湿度等于临界相对湿度的时候，处于亚稳定态，就像在山顶，可能往回倒退也可能继续增大，处于亚稳定态
• 当环境湿度大于临界相对湿度，不需要这么大的过饱和度也可以继续长大成云滴
  （老师上课说的哲理故事）

4.4 起核化作用的条件

溶解度条件

各种冰核多为不可溶解的物质组成
冰核应该使无序运动水分子排列有序化（这里还不是太懂）

质粒尺度条件

冰核质粒越大，核化温度越高
半径大于0.1微米的冰核其核化温度较为稳定，小于0.01微米的一般很难起到核化作用（溶解度增大，会破坏其作为冰核的作用）

化学键条件

冰核表面的化学键对成冰有很重要作用。冰的晶格由一定强度及取向的氢键所维系，如果冰核表面也有氢键，必有利于水汽或液水在冰核表面核化成冰。

晶体结构条件

化学键在核面还要有一定的几何排列

活化位置条件

冰核面上异质核化往往从局部位置发动。这些位置往往在善于接收水汽并形成液水的地方。对水汽凝华于核上时的核面形状研究发现，凝华位置往往是在核面的生长阶、裂缝、纹理、空穴、及棱角处

4.5 云凝结核（CCN）

大气气溶胶中的一小部分可以作为水汽凝结形成水滴的质粒，而这些质粒在云中实际过饱和度条件下能够活化和凝结增长形成云滴。这些气溶胶质粒称为云凝结核

• 大陆的CCN数浓度高于海洋
• 污染的空气CCN数浓度大于清洁大气
• 海洋的CCN比陆地的大
• 早上六点最小，晚上六点最大
• 来源：植物燃烧，海盐，石油制品燃烧
• 半径大于3微米的气溶胶粒子称为巨凝结核（GCCN），他们可以在很低过饱和度下活化
• 冰核浓度和温度之间呈指数变化

来源

• 植物燃烧
• 石油及其制品的燃烧
• 土壤，尘埃
• 海盐
• 气粒转换

（五）暖云催化

暖云：里面的粒子组成的相态比较单一，云顶在零度以上；与之相比冰云则云低在零度以下；但是云顶温度低于零度也可能没有冰晶出现，判断依据是关注其内粒子的相态，纯液水就是暖云

5.1 暖云微物理过程

• 暖云中的物理过程：凝结，蒸发，碰并，破碎过程，其中凝结和碰并有利于云滴增长

5.1.1凝结增长

• 可溶性凝结核上的增长
• 云中水滴到达临界半径后进入增长阶段，只要过饱和度持续维持，水汽就能靠水汽的扩散增长
  
• 如果是云滴群的凝结增长，会争食云内水汽，消耗水汽的速度可以超出产生过饱和度的速度，阻止增长过程
  
• 较大的云滴比较小的云滴更易活化，达到临界半径的粒子最终会渐渐增大尺度相近的水平
• 如果仅仅是凝结作用，最终由于争食水汽，造成的云滴谱也仅仅是1到10微米的窄谱，需要很长时间且也很难造成降水
• 因此如果暖云中的大滴不足，云滴的凝结增长就有限

5.1.2 碰并增长

碰并就是大水滴碰并小水滴从而增长，但一般粒径大于20微米的云滴才能出现碰并过程
碰并=碰撞+合并，碰并效率=碰撞效率*合并效率

• 如果仅仅是凝结作用，最终由于争食水汽，造成的云滴谱也仅仅是1到10微米的窄谱，需要很长时间且也很难造成降水
• 因此碰并作用在暖云降水中有非常重要的地位
• 碰并增长需要有原始大滴，因此大滴不足的话，云滴的碰并增长也会受限
• 碰并效率:$\frac{碰撞的小水滴数}{大水滴扫过的几何截面内全部小水滴数}$

5.2 大陆性和海洋性暖云

• 大陆性暖云的云滴谱比海洋性的窄，大滴会更少
• 海洋性暖云的云滴碰并增长效果也比陆地性的强
• 因此大陆性暖云一般很难产生降水，是催化的主要目标对象

5.3 催化思路

由上一节了解到，暖云中云滴粒子主要的增长方式是凝结增长和碰并增长，两者都需要大滴，因此暖云催化的目标就是扩展云滴谱，使之变宽，促进碰并过程有效进行

• 因此催化就是向暖云提供大云滴：
  • 直接喷洒水滴（理论上可行，但是飞机装不了多少水）
  • 播撒吸湿性盐核（Nacl,CaCl2等），更容易实现

5.4 催化部位

• 云底：将吸湿性盐核播撒到云底附近，云底有较强的上升气流可以将盐核带入云内；
• 云顶：云顶也可以进行播撒，但是云顶播撒需要更大一些的盐核

5.5 催化时间

• 一般在云的发展阶段催化，发展阶段的上升气流更强
• 同时产生效果的时间也会更充裕

（六）冷云催化

冷云一般云底温度在零度以下，云种有冰相粒子，其形状，密度都有很大区别

6.1 冷云中的核化过程

同质凝华核化

同质凝华就是水汽分子直接形成固态的冰晶

• 同质凝结是形成液态，同质凝华是形成固态，同质凝华比凝结困难许多

同质冻结核化

存在过冷水的情况下，如果温度低于一定阈值（-35度），过冷水发生快速冻结，形成冰晶，与同质凝华核化相比其水分子早已聚在一起，只是按液水的结构排列

---

异质凝华核化

• 存在凝结核时，水汽分子在凝结核上发生凝华，形成冰晶

异质冻结核化

气体或液体中的溶质通过接触固体表面形成凝结核的现象

• 冰核半径越小，冻结温度越低
• 又分为接触，浸没和凝结冻结三种

6.2 自然冰核

• 温度越低，冰核浓度越高
• 冰核浓度与温度之间呈指数变化性质
• 自然冰核的浓度时很低的
• 冰核起核化作用的条件：溶解度条件，质粒尺度条件，化学键条件晶体结构条件，活化位置条件

6.3 冰晶凝华增长——贝吉隆过程

• 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，大气中(指贴水及贴冰的气层之外)必有水汽从过冷却水滴向冰晶方向扩散。
• 这一过程在云雾降水物理学中十分重要。因为云中单靠水汽凝华，冰晶要增大是十分困难的。如果有过冷却水滴共存，则虽无碰并现象，冰晶仍可以通过蒸凝过程靠消耗过冷却水滴而增大
• 一般在自然云中，过饱度往往不超过0.1%。云滴单靠这么小的过饱和度，增长十分慢。但由于过冷水滴与冰晶共存，-11.5℃时，如空气处于水面饱和状态，相对于冰面过饱和度可达12%，即约大两个数量级。此时冰晶凝华相当快。因为这时进行的是蒸凝过程，冰晶是依靠消耗水滴的水分而凝华增长的
• 在==-11.5度时候冰面和饱和水面的气压差最大==，此时贝吉隆效应最明显

6.4 固态降水粒子的增长

• 凇附：冰晶和云滴碰并
  通过凇附作用，冰晶可以吸收周围的水蒸气并生长，最终形成冰粒或冰晶，这些冰晶在适当条件下可以进一步凝结成雪花或冰雹，最终降落为降水
• 碰连过程：冰晶和冰晶碰并

6.5 冰晶的繁生

脆弱冰晶的破裂，结凇时的繁生
Hallett-Mossop机制

6.6 冷云降水机制

• 云体在零度层以上时，云内温度不太低的情况下，液态云滴以过冷水的形式存在
• 同时云中有一定数量的冰晶
• 可以发生贝吉隆效应，冰晶的凇附，碰连等过程来长大
• 变大下落过程中，会有繁生，同时碰并更多小水滴继续增长
• 因此冰晶的数量和过冷水的多少决定了冷云降水的效率

6.7 播云温度窗

• 是统计分析的结果，发现云顶温度在-10到-24度，播云有效，峰值区位于-15到-20度，这个云顶温度区间称为播云温度窗，作为可播区的重要条件之一

6.8 催化思路

两种播云假设

静力播云假设：冷云降水效率低是因为缺乏冰核，通过加入人工冰核，可以产生大量冰晶，提高降水效率

动力播云假设：对流云上升气流中含有大量的过冷水，如果让这些过冷水冻结成冰，潜热释放造成更强的对流发生，使云生长的更高，会使更多水汽凝华，从而增加降水

静力催化

• 向云中播撒冰晶，可以引发一系列冰晶增长过程，从而使得云降水更有效发展
• 实际中就是向云中播撒人工冰核或制冷剂

动力催化

• 通过播撒过量冰核，使过冷水滴全部冰晶化，释放大量的潜热，让云上升的更高
• 但是上升运动的速度撑死了提高也不会很大，因此常用的还是静力催化

6.9 催化时注意点

• 如果过量喷洒，就可能导致雪晶的数量很多但都不是很大，没落下来就蒸发没了，甚至导致降水减少
• 一般冰晶播撒在低层过冷水较多的地方，但是有可能过冷水不够，也不能降水
• 注意云顶温度

（七）层状云催化

• 云底不能太高， 由于上升气流较弱，催化部位需要比较高；同时云底较低，有过冷水但是缺少冰晶，因此选择云中温度较低的过冷水区进行催化
• 层状暖云云厚非常重要，在发展或维持阶段，云层较厚，其中过冷层较厚，云底较低，有持续上升气流

（八）积状云催化

• 在发展阶段催化的作用时间更长
• 吸湿性催化剂，人工冰核都可以用来催化

（九）播撒供应降水机制

高空播种云：一般是卷层云，从高空播撒冰晶

供应云：一般为浓密的层状云，如高层云，雨层云，积层云，当供应云受到冰雪晶粒子的播种后，云内会通过云水碰冻，云冰碰连，雪晶的有效转换与碰并过程，使降水强度明显增加

（十）人工防雹

10.1 冰雹的增长机制

• 干增长：在含水量小而温度低的云区，因为冰雹碰并的水量少，因而冻结释放的潜热也少。再加气温低，雹块散热快，因此碰撞雹块的过冷水滴未及从冰雹表面漫流开来就已冻结为冰，在一定的程度上保持其圆球形，冻滴之间留有许多空隙，形成不透明层次
• 湿增长：云的含水量比较大，环境气温也不太低，则冰雹的散热不及冻结潜热释放的快，被碰撞水滴只能有一部分冻结，过冷水在冰雹表面铺展成水膜，冻结过程在水与冰的交界面上进行，形成的冰层透明而密度大

10.2 雹胚的形成

冰雹的胚可能是霰或者冻滴

10.3 形成的宏观条件

• 上升气流速度大于15m/s
• 云体具有深厚的负温区
• 云体有长的生命史

10.4 冰雹形成理论

过冷水累计带理论

• 云种上升气流的抛物线型分布要维持一段时间，在该高度能停留的粒子相应的就会很大，冻结产生的冻滴在这里利用丰富的过冷水增长
• 累计带中有大量水滴存在，可以自行产生雹胚
• 但是如果只在这个地方增长，就无法形成分层结构；且高度为湿增长，无法解释霰胚
• 雹胚产生和长大都是在累计带中进行的

胚胎帘理论

• 上升气流让雹胚向上运动，如果够重的话就在高层由于风切变被向风速方向吹
• 之后偏离上升气流大值区，下落
• 在低层又被上升气流卷上去，过程中增长
• 反复几次之后上升气流不足以把雹吹上去，于是沿着主上升气流边缘运行，在其后方降落

10.5 人工防雹原理

人工防雹原理——有利竞争（最常用）

• 雹云中积累的过冷水量是有限的，与最大上升气流速度成比例
• 在大冰雹形成之前，引入大量的人工冰核，增加雹胚浓度，就很难有雹胚能长成大冰雹

人工防雹原理——过冷水冰晶化

• 通过播撒大量的人工冰晶使过冷水完全冰晶化
• 其副作用可能造成风暴总体的降水量明显减少，同时需要快速，连续，全面播撒，实践上不太可行

人工防雹原理——降低雹云生长轨迹

• 通过催化雹快在较低高度形成并下落。减少其在云内增长的轨迹和时间，从而减小冰雹尺寸
• 由于需要了解雹云气流场特征同时对特定高度实施针对性播撒，实施起来难度较大

人工防雹原理——预熟降水

• 雹胚是在较小且发展着的云塔中形成，这里上升气流速度小，在此处播撒可形成混合云，加速降水过程，在其形成冰雹之前落下
• （为啥是在这里形成？不是在强上升区形成吗）

人工防雹原理——减少冰雹生长区水源供应

通过在较低处播撒巨盐核，通过有效碰并后产生冻结，减少液水含量，就是在较低高度形成较大的冻滴屏，减少液水进入冰雹增长区

人工防雹原理——爆炸法防雹

• 通过爆炸产生的冲击波让3m/s左右的上升气流抑制为0

（十一）人工消雾

11.1 物理消除法——减少雾滴数浓度

• 使空气中悬浮的雾滴或冰晶沉降到地面；
• 使雾滴相互聚并或者与为此引进的大滴碰并，然后在
  重力作用下下落

11.2 蒸发法——减少雾滴半径

• 让水汽在吸湿性物质上凝结
• 加热提高环境温度，提高空气的水汽容量
• 人为提供干空气使之与雾混合，促进雾滴蒸发

11.3 阻止法

• 用阻止凝结的化学物质
• 人为制造云层减少地面辐射输出

（十二）云降水探测技术

12.1 云室探测技术

• 冰核随温度的变化
• 测量碘化银的浓度
• 测量不同温度的催化剂的成核温度
• 测量不同地区冰核的数浓度
• 研究不同机制下碘化银的核化

12.2 机载微物理探测技术

主要包括：气象状态的探测、气溶胶探测、云降水粒子探测、大气化学成分探测等

优点：

• 机动性高、可以达到地面观测难以到达的地区；
• 可搭载设备多，不同设备之间可以形成同步观测；
• 机载雷达和激光雷达相对于星载雷达，其分辨率更高；
• 可以实现空中不同高度的气溶胶、云降水粒子的原位观测

缺点

• 成本高，维护成本大
• 受飞行时间限制，样本的数量通常教学奥
• 对设备稳定性，采样率要求高

应用：

• 对云的垂直结构，云内风速进行是被
• 对云内粒子谱进行探测
• 对云内冰核数浓度进行探测
• 对云内过冷水含量进行测量

12.3 地面降水粒子谱探测

方式：

• 地面用滤纸色斑法测雨滴谱
• 翻斗式雨量计
• 激光雨滴谱仪：水平发射激光，当激光束中有降水粒子降落穿过时，电压会有改变，可以反演处降水粒子的直径大小

12.4 雷达在云物理探测及人影中应用

• 通过Z-R关系定量测量降水
• 通过雷达反射率对有作业潜力的对象
• 对一些天气系统进行识别，比如超级单体，梅雨锋等
• 双偏振雷达还有反射差分率因子ZDR，差分传播相位移，相关系数，线性退偏振比等可以辅助判断

12.5 卫星等遥感探测手段在人影中的应用

• 静止卫星，极轨卫星
• 被动遥感，主动遥感

选择合适的波段可以反演处云顶温度，尺寸等信息，从而推算出不同类型云量及空间分布

• 微波辐射计：可以探测大气温度和湿度廓线以及云中的液态水，能够持续观测，运行成本低，有较高低空分辨率

（十三）人工催化剂

分为人工冰核，制冷剂和吸湿性巨核

13.1 人工冰核（碘化银）

是最常用的是碘化银，在云中充当人工冰核，对于有过冷水但缺少冰晶的云可以为其提供冰晶催化其降水

可以在云，云底，地面播撒，作用时间长

制备方法

直接燃烧，溶液燃烧，焰剂燃烧，爆炸法

• 直接燃烧：将碘化银直接放置于坩埚内加热，其蒸汽在空气中冷凝成气溶胶颗粒
• 溶液燃烧：将碘化银溶于溶剂中，喷射到火焰中，这种方法产生的碘化银颗粒更小，成核率更高
• 焰剂燃烧：将碘化银与固体燃料混合后添加氧化剂和粘合剂支撑固体火焰燃烧剂，该方法主要在飞机上使用
• 爆炸法：用炮弹将碘化银打入云中，分散性很好但是成核率低，一般用于基层防雹增雨作业

13.2 制冷剂

在云中播撒制冷剂，促使过冷水滴自发核化冻结和出发自然冰晶活化成冰，促使云中产生更多冰晶

• 干冰：只要云顶温度低于-7摄氏度，干冰催化就有效，而且云厚需要大于1.5km
• 可以用液态干冰：不存在沉降快的问题，但是催化工具只能是飞机，成本较高，核化效率基本是常数，且和碘化银的最高效率相当
• 还可以使用液氮

13.3 暖云催化剂（吸湿性巨核）

• 用吸湿性盐核，比如氯化钠，硝酸铵等
• 播撒方法：在云底播撒较小颗粒，小剂量；在云顶播撒较大颗粒，较大剂量；
• 但是吸湿性催化剂易粘粘，使用烟剂

13.4 催化工具

• 飞机：机动性强，作业部位好控制
• 火箭：火箭最大射程8km
• 高炮：最大射程6km
• 地面发生器

（十四）催化时需要考虑的问题

• 选择有利的天气条件：不稳定条件。
• 选择有利的催化对象：云的类型。
• 选择有利的催化时机：发展阶段。
• 选择有利的催化部位：上升气流区；积云上升气流区在前部：“打云头不打云尾”
• 播撒剂量要适当：不能过量。决定于云的上升气流速度、温度结构等。
• 飞机播撒选择有利的作业航线：条形循环、与高空风垂直。
• 高炮作业选择引信自爆时间、用弹量、作业间隔时间。可分散、分批、间歇

（十五）效果检验

15.1 统计检验

核心思想是要用统计方法构造出作业区自然降水的估计值，之后与观测值相比，来确定催化效果

随机检验

选择一个区域和适合播撒的条件，当这些条件出现时，随机决定是否播撒，分别统计播撒场次和非播撒场次的结果

非随机统计检验

• 序列分析：以历史降水量平均值作为作业自然降水量的估计值
• 区域回归分析：选择作业区和对比区，两区具有长期的降水记录和良好的相关，构造两地降水之间的回归关系，之后用对比区的降水估算的目标区的降水作为降水估计值
• 双比分析：利用作业区和对比区历史雨量的比值进行估计

之后还需要进行统计检验

15.2 物理检验

从云，降水形成原理和人工影响的物理机制出发，通过直接探测和遥感技术，检测相应的物理量指标：

• 微物理效应：冰晶数浓度，大云滴数浓度，水滴谱宽，液水含量等
• 动力学效应：上升气流速度，云厚，宽度，云内温度分布等

可以从飞机观测，雷达观测，地面滴谱资料中分析作业前后的宏围和微观结构，判断效果

15.3 数值检验

使用气象数值模式来模拟和预测人工影响天气的效果

（十六）数值模式在人影中的应用

16.1 云中微物理过程

• 就是将云中各种复杂的微雾力过程用参数化的方式进行简化，服务与预报结果
  
• 比如可以对这些量进行参数化
  

16.2 参数化方案

• 各类粒子都是一群具有一定尺度范围的粒子，需要粒子的谱分布，就是研究粒子谱分布密度函数，用的较多的是Gamma分布

• 谱密度函数中三个参数：截距，形状因子，斜率
  

• 通过参数化方法，可以用比如质量比，数浓度之间的关系来表示水物质转化量和群体落速度等，从而使方程闭合

• 如果有谱参数是未知的，就要预报这个谱参数，如果一个谱参数未知就是单参数方案，两个就是双参数方案

方法步骤：

1. 将云雨粒子分为若干类，如云滴、雨滴、冰晶、
   雪、霰、雹等，以微物理总体特征量为预报量，例如，
   某类粒子的比水量、比数浓度

2. 对各类粒子预先假定粒子谱分布密度函数

3. 利用谱参数来表示群速，各云微物理过程

优缺点

• 优点：处理简单，计算快
• 缺点：对于谱变化较大的情况描述失败，数浓度转化不守恒
• 多参数相比但参数，对谱分布的描述更灵活，性能更优越

16.3 分档方案

将粒子划分为许多档，计算各档粒子浓度的演变，即滴谱分布的演变

• 不需要预先假定谱密度，理论上更合理
• 比参数化方法更精确地研究粒子谱演变
  
  参数化方案是平滑函数的图像，而分档则更加细致吗，不受谱函数约束

16.4 两种方案对比

• 参数化模式反映的是平均情况，分档模式可以预报任意尺度档的数浓度
• 参数化模式的粒子末速度是质量权重平均末速度，分档模式就是各个直径粒子的末速度
• 参数化模式粒子间的浓度转化不守恒，容易造成小粒子偏少，大粒子偏多，造成预报偏大，分档模式转化守恒

16.5 动力框架一二三维模式

• 一维模式：假定云的特征量只在垂直方向上变化，环境不随时间变化，虽然十分粗糙但是计算量巨大减少
• 二维模式：在一维模式的基础上考虑了风切变的影响，但是二维模式中流动局限于一个平面内，就是在平行于风的平面内，环流是闭合的
• 三维模式：…

16.6 应用

• 研究催化后引起的变化
• 催化的理论研究
• 可播性估算
• 催化方案设计
• 作业指挥
• 效果检验

（十七）人影作业流程

1. 作业天气条件的预报、预警；
2. 作业云系条件预测；
3. 作业时机、部位的识别判断；
4. 作业条件变化的跟踪；
5. 作业方案决策；
6. 作业实施；
7. 作业后效果检验