数值模式应用课件.ppt

1、第第7 7章章数值模式数值模式在人工影响天气中的应用在人工影响天气中的应用早期历史早期历史1957年Saunders利用气块模式分析人工播云的效果n第一个、最简单的用于人工影响天气的模式第一个、最简单的用于人工影响天气的模式1959年Malkus和Witt模拟热泡的发展n第一个实际意义上的云模式，但无凝结过程，第一个实际意义上的云模式，但无凝结过程，末用于人工催化末用于人工催化1965年Orville模拟山地积云发展n随后引入人工催化试验随后引入人工催化试验早期历史早期历史19771977年年OrvilleOrville和和KoppKopp模拟冰雹云的发展模拟冰雹云的发展n详细模拟微物理过程详

2、细模拟微物理过程19781978年年KlempKlemp和和WilhelmsonWilhelmson模拟三维风暴动模拟三维风暴动力结构力结构n动力场模拟较好动力场模拟较好数值模式简介数值模式简介数值模式基础数值模式基础物理学研究方法物理学研究方法实验物理实验物理理论物理理论物理计算物理法计算物理法三者相辅相成，同样重要三者相辅相成，同样重要数值模式数值模式数值模式是计算物理方法的实现数值模式是计算物理方法的实现形式。形式。它是它是基于基于实验实验(观测观测)和理论研究和理论研究的结果，归纳构造出的的结果，归纳构造出的物理模型物理模型，再把物理模型再把物理模型以逻辑为框架以逻辑为框架数学数学化，

3、成为一个方程与变量闭合的、化，成为一个方程与变量闭合的、可进行推理和计算的可进行推理和计算的程序包程序包。数值模式基本框架数值模式基本框架 模式基本上由三部分构成:前处理,给出初、边值和背景场;主模式,完成方程组的积分和计算相关量;后处理,完成分析、诊断,给出图表产品。主模式的构建主模式的构建用于人工影响天气的数值模式，由宏观动力-热力模式、云-降水微物理模式和人工影响作用的程序或模块三部分组成。宏观动力宏观动力-热力学模式热力学模式1 1、水平运动方程，如、水平运动方程，如:n2、垂直运动方程:n3、热力学方程:4 4、水汽守恒方程、水汽守恒方程:n5、状态方程,为水凝物比含量宏观动力-热力

4、学模式n6、质量连续方程,1 0.608vvPRT TTq水 汽云降水物理模型云降水物理模型云冰雪雪霰 冻滴霰云水雨冻雨雹雪雨 霰雨 雹雨 冻雨 雨0 C(1)(1)云冰的产生：冰晶核化云冰的产生：冰晶核化PNIC(PNIC(数数)，PMIC(PMIC(量量)(2)(2)云水凝结云水凝结PMCC(PMCC(量量)(3)(3)冰晶凝华增长冰晶凝华增长PMCI(PMCI(量量)(4)(4)云水向雨水自动转换云水向雨水自动转换PMRC(PMRC(量量)，PNRC(PNRC(数数)(5)(5)冰晶间攀附，造成冰晶浓度减少冰晶间攀附，造成冰晶浓度减少PNII(PNII(数数)(6)(6)冰晶向雪晶的转化

5、冰晶向雪晶的转化PMSI(PMSI(量量)，PNSI(PNSI(数数)(7)(7)雪的凝华增长雪的凝华增长PMSS(PMSS(量量)(8)(8)雪间攀附雪间攀附PNSS(PNSS(数数)(9)(9)雪凇附云水雪凇附云水PMSC(PMSC(量量)(10)(10)雪凇附率的变化雪凇附率的变化SPMSC(SPMSC(量量)(11)(11)凇附的雪转成雪霰凇附的雪转成雪霰PMSG(PMSG(量量)，PNSG(PNSG(数数)水汽和7种水凝物的相互作用与转化(12)雪凇附云水PMSCI(量)，云水减少PNSCI(数)。(13)雨雨并合PNRCR(数)。(14)雨并合云水PRCC(量)。(15)雨冻结转成

6、冰雹PIFI(量)，PNI(数)，转成冻雨PIFR(量)，PNR(数)。(16)雨并云冰冻结：被雨碰并的云冰PMRCI(量)；碰并云冰后冻结的雨水PMIRF(量)；碰并云冰后冻结的雨滴PNIRF(数)；云冰减少PNICR(数)。(17)雪并雨，雪并冻雨，雪和雨都转成雪霰：雨转成雪霰PMSCR(量)，雪转成雪霰PMRCS(量)，雪的减少PNSCR(数)，雨的减少或雪霰增加PNRCS(数)。水汽和7种水凝物的相互作用与转化(18)(18)雹并冻云水雹并冻云水PIAWI(PIAWI(量量)。(19)(19)冻雨并冻云水冻雨并冻云水PIAWR(PIAWR(量量)。(20)(20)雹并冻雨水雹并冻雨水P

7、IARI(PIARI(量量)，雨水减少，雨水减少PNRH(PNRH(数数)。(21)(21)冻雨并冻雨水冻雨并冻雨水PIARR(PIARR(量量)，雨水减少，雨水减少PNRF(PNRF(数数)。(22)(22)霰转雹，雪霰转雹霰转雹，雪霰转雹PMGRH(PMGRH(量量)，PNGRH(PNGRH(数数)，雨霰转雹，雨霰转雹PMGSH(PMGSH(量量)，PNGSH(PNGSH(数数)。(23)(23)霰并冻云水霰并冻云水PMGRCC(PMGRCC(量量)，PMGSCC(PMGSCC(量量)。(2 4)(2 4)霰 并 冻 云 水 繁 生 冰 晶，雨 霰 并 冻 云 水 繁 生 冰 晶霰 并 冻

8、 云 水 繁 生 冰 晶，雨 霰 并 冻 云 水 繁 生 冰 晶PNGRRI(PNGRRI(数数)，PMGRRI(PMGRRI(量量)，雪霰并冻云水繁生冰晶，雪霰并冻云水繁生冰晶PNGSRI(PNGSRI(数数)，PMGSRI(PMGSRI(量量)。水汽和7种水凝物的相互作用与转化(25)(25)雨霰并冻雨水雨霰并冻雨水PMGRCR(PMGRCR(量量)，PNGRCR(PNGRCR(数数)；雪霰并冻雨水；雪霰并冻雨水PMGSCR(PMGSCR(量量)，PNGSCRPNGSCR(数数)。(26)(26)液态与固态粒子间的碰并增长，有干、湿二种状态，二种液态与固态粒子间的碰并增长，有干、湿二种状态

9、，二种增长量，取其小者。湿增长率为增长量，取其小者。湿增长率为PWH(PWH(雹雹)，PWGR(PWGR(雨霰雨霰)，PWGS(PWGS(雪霰雪霰)，PWRF(PWRF(冻雨冻雨)。(27)(27)雹融化：雹融化：PID(PID(量量)，PNHGR(PNHGR(数数)；雹块因湿增长表面有水膜；雹块因湿增长表面有水膜而吹脱下来的雨而吹脱下来的雨PH2R(PH2R(雨数增加数雨数增加数)，PMNM(PMNM(雨增加量雨增加量)。(28)(28)霰霰融化：雨霰融化融化：雨霰融化PMMGR(PMMGR(量量)，PNMGR(PNMGR(数数)，雪霰融化，雪霰融化PMMGS(PMMGS(量量)，PNMGS

10、(PNMGS(数数)，雨数增加，雨数增加PNG2R(PNG2R(数数)。(29)(29)冻雨融化冻雨融化PIS(PIS(量量)，PNRF(PNRF(数数)；PNRF2R(PNRF2R(数数)。(30)(30)雪融化雪融化PS2RM(PS2RM(量量)，PS2RN(PS2RN(数数)。水汽和7种水凝物的相互作用与转化(31)(31)云冰融化云冰融化PMMI(PMMI(量量)，PNMI(PNMI(数数)。(32)(32)雨蒸发雨蒸发PRE(PRE(量量)。(33)(33)雨冻结破裂次生冰晶雨冻结破裂次生冰晶PNRRFI(PNRRFI(数数)，PMRRFI(PMRRFI(量量)。(34)(34)雨的

11、流体动力学破碎雨的流体动力学破碎PNRDY(PNRDY(数数)。(35)(35)雨相碰破碎雨相碰破碎PNRIMP(PNRIMP(数数)。按上列各项，共有按上列各项，共有7676种过程或环节，其中量变化种过程或环节，其中量变化4242种，种，数变化数变化3434种种 水汽和7种水凝物的相互作用与转化举例：总雨水发生项举例：总雨水发生项云转雨云转雨雨并云雨并云雪转雨雪转雨并冰冻并冰冻雪冻雨雪冻雨霰冻雨霰冻雨霰融雨霰融雨雪霰冻雨雪霰冻雨雨冻雹雨冻雹 雹并雨雹并雨 雨冻雨雨冻雨 冻雨并雨冻雨并雨雪霰融雨雪霰融雨雨蒸发雨蒸发云降水物理模型各类水凝物的平衡方程各类水凝物的平衡方程:比含量比含量:Qx=Qv

12、,Qc,Qi,Qr,Qs,Qgf,Qgr,Qgs,Qr比浓度比浓度:Nx=Ni,Nr,Ns,NRF,Ngr,Ngs,Nh对水汽没有计入比浓度对水汽没有计入比浓度;对云水初始比浓度依赖对云水初始比浓度依赖于云核比浓度于云核比浓度,可以由观测资料来给出常定值。可以由观测资料来给出常定值。模式的求解方法模式的求解方法非线性偏微分方程组非线性偏微分方程组数值计算方法数值计算方法变量的离散和差分格式变量的离散和差分格式空间差分空间差分向前差分向前差分向后差分向后差分中央差分中央差分1iiiAAA1iiiAAA112iiiAAAAi-1i+1i变量的离散和差分变量的离散和差分微分微分差分差分近似误差：使用

13、近似误差：使用1/101/10于尺度的格点于尺度的格点截断误差：截断误差：差分计算的稳定性差分计算的稳定性线性稳定判据(CFL)网格结构网格结构 （a）（b）两种垂直网格结构(a)全分层;(b)半分层（垂直跳点网格）一维模式：垂直网格一维模式：垂直网格二三维模式：垂直网格、水平网格二三维模式：垂直网格、水平网格网格结构网格结构JJ-1.1 2 3.I-2 I-1 I32i,jArakawa的四种水平网格结构(1977)网格结构网格结构网格格式和差分方法的选用(1)(1)网格距最好是全场均匀的网格距最好是全场均匀的;(2)(2)水平格距的分辨率应与垂直格距分辨水平格距的分辨率应与垂直格距分辨率协

14、调率协调;(3)(3)差分格式和算法不仅要保持一定准确差分格式和算法不仅要保持一定准确度下的稳定性，也要保证波动的保真性，度下的稳定性，也要保证波动的保真性，不可对所关心的波动造成明显的歪曲和衰不可对所关心的波动造成明显的歪曲和衰变。变。微物理过程参数化微物理过程参数化问题问题：如何在现有的探测水平和计算能力：如何在现有的探测水平和计算能力上，把微物理过程结合到动力学模式中上，把微物理过程结合到动力学模式中来？来？方法：微物理过程参数化用宏观参量（如质量、密度、热量、速度等）和宏观运动学（如水分连续方程）来描述云降水形成的微物理过程及其对宏观动力过程的作用。分档与参数化分档与参数化云降水的发展

15、过程云降水的发展过程分档与参数化分档与参数化云降水的发展过程云降水的发展过程谱分布的表示方法1.分档方法分档方法2.参数化方法参数化方法比含水量和比浓度谱分布的表示方法 400461aDaNdDDmDNQ冰晶：冰晶：2；云滴：云滴：1；雨滴、雹：雨滴、雹：0双参数方法双参数方法：N0和和若已知若已知Q和和N，则可得则可得N0和和谱分布的表示方法101aNN 谱分布的表示方法单参数方法单参数方法：假定：假定N0为常数，则谱变化只为常数，则谱变化只用用的变化描述的变化描述单滴凝结率云滴分布谱微物理过程参数化微物理过程参数化-举例举例-云滴凝结滴群凝结率其中微物理过程参数化微物理过程参数化-举例举例

16、-云滴凝结单雨滴（单雨滴（DR）碰并云滴群碰并云滴群微物理过程参数化微物理过程参数化-举例举例-雨滴碰并云滴云滴谱分布：云滴谱分布：20ccDccN DN D e雨滴落速：雨滴落速：bRRVaD云滴落速：云滴落速：0cV 雨滴群碰并云滴群雨滴群碰并云滴群微物理过程参数化微物理过程参数化-举例举例-雨滴碰并云滴模式的建立和调试模式的建立和调试选择计算区域(Domain),维数,大小(一般用活区域)。选择网格结构。设计差分格式。把微分方程改写成差分方程。选定要用的计算机语言,如Fortran90。模式的建立、调试、评估模式的建立、调试、评估按物理逻辑和差分方程以选定的语言来编写程序。选择网格结构。

17、用计算机编译系统检查程序的编写错误和连结错误,并逐一改正。检查源代码流程结构，防止物理和计算错误。一种有用的办法是对每一子程序提供随机数，检查其数据传递、数组结构的正确性和数据的有效性。保证计算中动能和水物质的守恒模式的建立、调试、评估模式的建立、调试、评估给定合理的初始场和边值条件。可能时与其它同类程序进行试算比较，同模式的不同版本间也可相互比较。敏感性试验是必要的。选择有解析解的现象或熟悉的个例,进行数值模拟,再现解析解的特例,或熟知的个例。若整体特征再现了,则表明模式通过了起码的检验。数值模式数值模式在人工影响天气中的应用在人工影响天气中的应用数值模式在人工影响天气中的应用数值模式在人工

18、影响天气中的应用1 1、人工播云原理的理论研究、人工播云原理的理论研究nKrausKraus和和SquiresSquires早在早在19471947年提出动力催化理论，年提出动力催化理论，Simpson(1965,1971)Simpson(1965,1971)利用一维定常云模式验证利用一维定常云模式验证n80-9080-90年代以来，大量多维时变模式做为人工年代以来，大量多维时变模式做为人工播云理论假说检验的工具播云理论假说检验的工具n19831983年年KoppKopp等进行干冰播云数值试验等进行干冰播云数值试验n19901990年年OrvilleOrville等进行实例播云数值研究等进行实

19、例播云数值研究n19941994年年TzivionTzivion等进行对流云的吸湿剂播撒等进行对流云的吸湿剂播撒数值试验数值试验数值模式在人工影响天气中的应用数值模式在人工影响天气中的应用2 2、可播性估算、可播性估算可播性：对于某一个或某一类云或云系播撒某类可播性：对于某一个或某一类云或云系播撒某类催化剂后能够产生预期效果（如增雨、减雹、催化剂后能够产生预期效果（如增雨、减雹、增加能见度、促进云体发展等）的潜力增加能见度、促进云体发展等）的潜力可使用探空资料和简单云模式进行此类工作可使用探空资料和简单云模式进行此类工作如如19721972年年WeinsteinWeinstein、198219

20、82年年WiggertWiggert利用云利用云模式考察积云冰相催化潜力模式考察积云冰相催化潜力可播性需要综合考虑微物理过程和动力过程的综可播性需要综合考虑微物理过程和动力过程的综合效应（合效应（OrvilleOrville等等,1982,1982）有时候有效的微物理正效应可被随后引起的动有时候有效的微物理正效应可被随后引起的动力负效应削弱力负效应削弱因此，可播性并非一个完全精确的概念因此，可播性并非一个完全精确的概念数值模式在人工影响天气中的应用数值模式在人工影响天气中的应用3 3、试验设计、试验设计较完善的云模式可对催化较完善的云模式可对催化效果和最佳播撒方案进效果和最佳播撒方案进行预估行

21、预估如播撒部位、时间、剂如播撒部位、时间、剂量等量等(BruintjesBruintjes等，等，1995)1995)SF6SF6烟羽模拟与观测，所得烟羽模拟与观测，所得结果用于播撒时催化剂结果用于播撒时催化剂影响扩散区域的确定影响扩散区域的确定数值模式在人工影响天气中的应用数值模式在人工影响天气中的应用4 4、作业指挥、作业指挥随着计算机处理能力的提高，可利用探空资料或随着计算机处理能力的提高，可利用探空资料或大中尺度模式输出结果，预测云状、云的发展、大中尺度模式输出结果，预测云状、云的发展、降水量、云与催化剂的相互作用、雷达回波等降水量、云与催化剂的相互作用、雷达回波等在作业开始前对于人工

22、催化做播撒和末播撒的试在作业开始前对于人工催化做播撒和末播撒的试验，预先估计播撒效果和最佳播撒方案，从而验，预先估计播撒效果和最佳播撒方案，从而用于作业指挥决策用于作业指挥决策19751975年年CottonCotton等用一维模式研究动力催化的播撒时间、等用一维模式研究动力催化的播撒时间、剂量等剂量等19941994年年KoppKopp等选用二维时变模式研究积云和层云的发展等选用二维时变模式研究积云和层云的发展数值模式在人工影响天气中的应用数值模式在人工影响天气中的应用5 5、效果检验、效果检验常用于外场试验、作业效果的评估常用于外场试验、作业效果的评估可用云模式估算单块云发展过程加快、第一

23、回波出现时可用云模式估算单块云发展过程加快、第一回波出现时刻等刻等可以对大量作业对象进行基于热力、动力作用相结合的可以对大量作业对象进行基于热力、动力作用相结合的分类分类以上结果用于播撒效果的统计检验以上结果用于播撒效果的统计检验19751975年年DennisDennis等用数值模拟方法分析随机播撒产生的雷等用数值模拟方法分析随机播撒产生的雷达回波变化达回波变化数值模式在人工影响天气中的应用数值模式在人工影响天气中的应用6 6、对播云作用的分析、对播云作用的分析对于播云后产生的一系列变化的原因，可用数值对于播云后产生的一系列变化的原因，可用数值模式方法进行分析。模式方法进行分析。例如很多年不

24、少云物理学家认为，引晶催化产例如很多年不少云物理学家认为，引晶催化产生的效果是来自于微物理效应还是动力效应生的效果是来自于微物理效应还是动力效应很难确定。至今还无定论。很难确定。至今还无定论。OrvilleOrville等（等（19821982）、）、SmithSmith等（等（19861986）专门对此问）专门对此问题进行了观测与数值试验相结合的研究题进行了观测与数值试验相结合的研究对于云降水发展过程的细节亦可用数值模拟的对于云降水发展过程的细节亦可用数值模拟的方法分析方法分析用于人工影响天气的数值模式用于人工影响天气的数值模式用于人工影响天气的模式简介用于人工影响天气的模式简介按空间维数分

25、：按空间维数分：0 0维、维、1 1维、维、2 2维、维、3 3维维按随时间的变化分：按随时间的变化分：时变、定常时变、定常按微物理与动力过程相互作用分：按微物理与动力过程相互作用分：耦合、非耦合耦合、非耦合0 0维维模式模式气块模式气块模式拉格朗日模式拉格朗日模式多用于模拟单个粒子或粒子群、降水形成多用于模拟单个粒子或粒子群、降水形成1 1维维定常模式定常模式气柱模式气柱模式基础为常微分方程组，基础为常微分方程组，求解得到垂直方向求解得到垂直方向上的各要素值上的各要素值19881988年年ValiVali等用非等用非耦合模拟冰晶对耦合模拟冰晶对降水的作用降水的作用1 1维维定常模式定常模式用

26、耦合模式模拟云顶高度、垂直速度等动力参数用耦合模式模拟云顶高度、垂直速度等动力参数1 1维维时变模式时变模式时间作为独立变量时间作为独立变量加入定常模式而加入定常模式而得得求解非线性偏微分求解非线性偏微分方程方程气柱内要素随时间气柱内要素随时间变化变化19711971年年NelsonNelson将芝将芝加哥大学加哥大学5050年代年代提出的热带积云提出的热带积云水粒子播撒催化水粒子播撒催化原理进行模拟原理进行模拟2 2维维定常模式定常模式增加一个水平空间维数增加一个水平空间维数19741974年年YoungYoung模拟在山脊上风方模拟在山脊上风方4040kmkm处进行处进行AgIAgI催化增

27、雪效果较好。催化增雪效果较好。2 2维维时变模式时变模式面对称（常用）或轴对称、全耦合面对称（常用）或轴对称、全耦合19831983年年KoenigKoenig等用轴对称模式研究表明冰晶浓等用轴对称模式研究表明冰晶浓度与降水量、降水率正相关度与降水量、降水率正相关3 3维维时变模式时变模式自自8080年代初以来，年代初以来，3 3维维云模式、中尺度模云模式、中尺度模式逐渐多地被用于式逐渐多地被用于人工影响天气人工影响天气（MM5,WRF,RAMS,MM5,WRF,RAMS,ARPSARPS等）等）动力催化的检验，动力催化的检验，上升、下沉气流上升、下沉气流最多增加了最多增加了10%-10%-2

28、0%20%3 3维维时变模式时变模式19941994年年FarleyFarley等等对对SF6SF6和和AgIAgI扩扩散散的模拟的模拟3 3维维时变模式时变模式对云的生命史的对云的生命史的模拟模拟3 3维维时变模式时变模式19811981年年FritschFritsch等用等用三维中尺度模式三维中尺度模式研究动力催化研究动力催化更大的区域增加了更大的区域增加了至少至少1 1mmmm的降水的降水人工影响天气领域人工影响天气领域数值模式研究成果举例数值模式研究成果举例数值模式研究成果数值模式研究成果1 1、动力催化效应、动力催化效应19471947年年KrausKraus等提出概念模型等提出概念

29、模型几十年来，从几十年来，从1 1维定常模式到维定常模式到3 3维时变模式均对此维时变模式均对此进行了模拟研究并不断改进进行了模拟研究并不断改进包括：过冷水冰化比例、下沉气流问题、催化时包括：过冷水冰化比例、下沉气流问题、催化时机、催化部位、热力动力效应的相互作用、链机、催化部位、热力动力效应的相互作用、链锁反应机制锁反应机制数值模式研究成果数值模式研究成果1 1、动力催化效应、动力催化效应时变模式结果表明，温度稍高强上升气流区的所时变模式结果表明，温度稍高强上升气流区的所有液水不可能在数秒钟内全部冻结有液水不可能在数秒钟内全部冻结1 1DSSDSS模式倾向于夸大热力作用模式倾向于夸大热力作用

30、2 2DTDDTD模式表明所有液态云水无法全部直接冻结模式表明所有液态云水无法全部直接冻结3 3DTDDTD模式无法模拟出云中部释放潜热无法通过气模式无法模拟出云中部释放潜热无法通过气压变化影响低层动力特征压变化影响低层动力特征OrvilleOrville等等(1990)(1990)模拟了先期形成的云砧对发展模拟了先期形成的云砧对发展中的对流云产生的自然催化能明显促进对流中的对流云产生的自然催化能明显促进对流云发展云发展RosenfeldRosenfeld等等(1993)(1993)的概念模型有待通过模拟来的概念模型有待通过模拟来进一步验证进一步验证数值模式研究成果数值模式研究成果2 2、“干

31、云干云”与与“湿云湿云”催化差催化差异异“干云干云”：LWC=10LWC=101 1 g/kgg/kg，对其播撒后释放的潜热大于对其播撒后释放的潜热大于预期值，说明在相对干的层预期值，说明在相对干的层状过冷云中亦可能产生镶嵌状过冷云中亦可能产生镶嵌对流对流对于积云、层云的催化差异，以对于积云、层云的催化差异，以至于同类云不同含水量下相至于同类云不同含水量下相对水面饱和还是相对冰面饱对水面饱和还是相对冰面饱和的催化差异提出作业指导和的催化差异提出作业指导有待进一步的外场试验结果验证有待进一步的外场试验结果验证数值模式研究成果数值模式研究成果3 3、静力催化的动力负效应、静力催化的动力负效应静力催

32、化基本目的在于尽可能多地增加降水，而静力催化基本目的在于尽可能多地增加降水，而尽可能少地减少其动力效应，但大量研究显示，尽可能少地减少其动力效应，但大量研究显示，水物质的再分布有时对上升、下沉气流的分布，水物质的再分布有时对上升、下沉气流的分布，对云的新的生成产生抑制作用。对云的新的生成产生抑制作用。在耦合时变模式建立以前，无法对此进行研究在耦合时变模式建立以前，无法对此进行研究数值模式研究成果数值模式研究成果4 4、三代数值、三代数值催化方法催化方法第一代：在第一代：在一定预设一定预设的温度条的温度条件下，将件下，将过冷水转过冷水转化为冰化为冰数值模式研究成果数值模式研究成果4 4、三代数值

33、催化方法、三代数值催化方法第二代：通过人为引入冰晶，增加云内冰粒子，第二代：通过人为引入冰晶，增加云内冰粒子，消耗过冷水。消耗过冷水。温度同样是决定因子。温度同样是决定因子。数值模式研究成果数值模式研究成果4 4、三代数值、三代数值催化方法催化方法第三代：模第三代：模拟催化剂拟催化剂在云内的在云内的分布及其分布及其与云降水与云降水粒子的相粒子的相互作用互作用数值模式研究成果数值模式研究成果4 4、三代数值、三代数值催化方法催化方法第三代第三代AgIAgI随气流在随气流在适宜的温适宜的温度下核化度下核化成冰成冰数值模式研究成果数值模式研究成果4 4、三代数值、三代数值催化方法催化方法第三代第三代

34、干冰下落过干冰下落过程中升华，程中升华，在其下落在其下落路径产生路径产生冰晶冰晶5 5、中等尺度的对流中等尺度的对流云具有相对较高的云具有相对较高的冰相播撒效果冰相播撒效果clouds in the size clouds in the size range from 3 to 7 range from 3 to 7 km deep should km deep should respond to seeding respond to seeding better than those 10 better than those 10 or more km deep,or more km dee

35、p,and certainly better and certainly better than those that than those that have never reached have never reached the 0the 0C to-5C to-5C C level.level.数值模式研究成果数值模式研究成果5 5、中等尺度的对中等尺度的对流云具有相对较流云具有相对较高的冰相播撒效高的冰相播撒效果果The seeding The seeding effect effect maximizes in maximizes in the-10the-10C to-C to-

36、2525C region.C region.数值模式研究成果数值模式研究成果5 5、中等尺度的对流中等尺度的对流云具有相对较高的云具有相对较高的冰相播撒效果冰相播撒效果The moderate size The moderate size clouds respond clouds respond better to the ice-better to the ice-phase seeding.phase seeding.The seeded,very The seeded,very large,vigorous large,vigorous clouds may produce cloud

37、s may produce less precipitation less precipitation because of because of additional snow additional snow particles,created particles,created by the cloud by the cloud seeding,being seeding,being transported rapidly transported rapidly to the anvil.to the anvil.from a 2DTD cloud model with third-gen

38、eration seeding simulations数值模式研究成果数值模式研究成果数值模式研究成果数值模式研究成果6 6、增雨与减雹催化效果的比较、增雨与减雹催化效果的比较早期结果认为催化后增雨、增雹正相关早期结果认为催化后增雨、增雹正相关19791979：催化与减雹正相关：催化与减雹正相关19871987、19961996：有时催化使得增雨、减雹，与雷达：有时催化使得增雨、减雹，与雷达回波一致回波一致19931993：防雹的：防雹的“有效竞争有效竞争”机制对典型雹云实用，机制对典型雹云实用，对非典型雹云不适用，但模拟结果中只有很少对非典型雹云不适用，但模拟结果中只有很少的雹云中存在该机制

39、的雹云中存在该机制因此防雹理论还需要大量模式和探测工作帮因此防雹理论还需要大量模式和探测工作帮助完善助完善7)7)播撒产生的雪晶移动到零度层附近时有利于霰播撒产生的雪晶移动到零度层附近时有利于霰的提早形成的提早形成This helps explain the positive effects of seeding in some situations.The graupel formation has the effect of producing more efficient precipitation sometimes and allowing precipitation to reac

40、h the ground in marginal convective cloud situations.数值模式研究成果数值模式研究成果数值模式研究成果数值模式研究成果8 8、微物理与动力效应的相互作用、微物理与动力效应的相互作用人工催化的最终效果决定于微物理和动力效果的人工催化的最终效果决定于微物理和动力效果的共同作用结果共同作用结果19861986年年FritschFritsch指出：人工催化在云尺度产生的指出：人工催化在云尺度产生的负效应可能最终导致中尺度下的正效应负效应可能最终导致中尺度下的正效应因此可进一步通过数值模拟研究不同尺度下的催因此可进一步通过数值模拟研究不同尺度下的催化效

41、果化效果9 9、播云时机受播撒效应和干湿状况的影响、播云时机受播撒效应和干湿状况的影响This refers to the fact that precipitation development has a relatively restricted time interval in many clouds,particularly convective ones.An important effect of seeding has often An important effect of seeding has often been to speed up the development o

42、f been to speed up the development of precipitation by 3-6 min.precipitation by 3-6 min.While the inclusion of ice multiplication While the inclusion of ice multiplication processes tends to shrink the time processes tends to shrink the time available for seeding to work,the available for seeding to

43、 work,the inclusion of relatively dry clouds as inclusion of relatively dry clouds as candidates for dynamic seeding effects candidates for dynamic seeding effects expands the seeding window.expands the seeding window.数值模式研究成果数值模式研究成果1010、催化产生的潜热作用可在模式中分离、催化产生的潜热作用可在模式中分离Cannot be observed.This invo

44、lves the differencing of numerical This involves the differencing of numerical modeling results and the turning off or on modeling results and the turning off or on of the various physical effects in the of the various physical effects in the model.model.数值模式研究成果数值模式研究成果1111、催化剂在云内的分布和起作用的位置、催化剂在云内的

45、分布和起作用的位置Modeling experiments using third-Modeling experiments using third-generation seeding techniques have generation seeding techniques have shown that only a limited volume of the shown that only a limited volume of the cloud is affected by the seeding material.cloud is affected by the seeding

46、material.Much of the seeding agent is shunted to Much of the seeding agent is shunted to the sides of the cloud under certain the sides of the cloud under certain airflow conditions.airflow conditions.The trajectory studies The spread of chemical tracers in cloud数值模式研究成果数值模式研究成果1212、消雾的模拟、消雾的模拟直升机产生

47、干侵入消散暖雾；直升机产生干侵入消散暖雾；The use of lines of burners to disperse fogs The use of lines of burners to disperse fogs has been simulated by Tag.has been simulated by Tag.The use of lasers to dissipate warm fog The use of lasers to dissipate warm fog has been studied numerically by Young has been studied nu

48、merically by Young and Tomlinson(1993)and may be and Tomlinson(1993)and may be feasible in the future.feasible in the future.数值模式研究成果数值模式研究成果1313、数值方法对模拟结果的影响、数值方法对模拟结果的影响Care should be taken when interpreting the Care should be taken when interpreting the results of the numerical simulations,result

49、s of the numerical simulations,particularly if different time steps have particularly if different time steps have been used in the seeded and nonseeded been used in the seeded and nonseeded cases.cases.It is best to use conservative time steps It is best to use conservative time steps when conducti

50、ng numerical tests of when conducting numerical tests of cloud-seeding effects,time steps that do cloud-seeding effects,time steps that do not have to change during the numerical not have to change during the numerical integrations.integrations.数值模式研究成果数值模式研究成果1414、过量播撒的消云作用、过量播撒的消云作用The supply of t