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冰雪晶碰并勾连增长的实验与观测分析

黄庚 苏正军 关立友 张纪淮

黄庚, 苏正军, 关立友, 等. 冰雪晶碰并勾连增长的实验与观测分析. 应用气象学报, 2007, 18(4): 561-567..
引用本文: 黄庚, 苏正军, 关立友, 等. 冰雪晶碰并勾连增长的实验与观测分析. 应用气象学报, 2007, 18(4): 561-567.
Huang Geng, Su Zhengjun, Guan Liyou, et al. Observation and analysis of the aggregation growth among ice-snow crystals. J Appl Meteor Sci, 2007, 18(4): 561-567.
Citation: Huang Geng, Su Zhengjun, Guan Liyou, et al. Observation and analysis of the aggregation growth among ice-snow crystals. J Appl Meteor Sci, 2007, 18(4): 561-567.

冰雪晶碰并勾连增长的实验与观测分析

资助项目: 

“十一五”国家科技支撑计划重点项目“人工影响天气关键技术及装备研发” 2006BAC12B00

国家自然科学基金项目 40205001

Observation and Analysis of the Aggregation Growth Among Ice-snow Crystals

  • 摘要: 冰雪晶碰并勾连成雪花或雪团的过程是降水的重要机制之一。冰雪晶形态不同导致各类晶动力特性的差异, 因此, 无论从理论、数值试验还是室内模拟研究这一过程都有很大困难。该文就室内、外场试验和自然云的观测, 讨论分析其发生机理和条件。结果表明:冰晶的增长过程有一个与云滴碰并增长相似的加速过程, 冰晶碰并过冷滴形成霰 (雹胚), 凇附长成冰雹; 冰雪晶相互碰并勾连、攀附增长为雪花或雪团, 都是降水质点加速增长的重要过程。此过程仅在水面饱和、过饱和条件下发生, 而水面欠饱和、无液滴 (无云) 时, 冰晶很薄、晶型简单, 无碰并勾连、攀附现象。冰晶在液滴存在的云雾中伴随气流对流、乱流运动中接触碰并勾连成雪花或雪团, 其碰并勾连效率既受晶体形状影响, 亦受晶体表面附着力的影响, 其机制有勾连亦有粘连, 晶型多样, 以相同晶型为主, 温度范围广 (-3~-17 ℃); 其中-13~-17 ℃碰并勾连效率最高, 该层的枝、星状晶是勾连、攀附的主要区域, 亦为冰晶繁生的主要区域、生长率最快, 是人工增雨播撒人工冰核催化效率较高的温度段。
  • 图  1  室内试验的冰晶 (a, b为碰并勾连的枝、星状晶, c, d为其他形状极少粘连)

    Fig. 1  Ice cry stals in lab (a, b: aggregated with dendritic and stellar ones; c, d: seldomagg regated)

    图  2  催化后出现冰雪晶 (a, b为显微观测冰晶; c, d为目测雪花)

    Fig. 2  Ice and snow crystals after seeding (a, b: observed with the microscope; c, d: observed with eyes)

    图  3  自然降雪的冰雪晶

    (a, b为显微观测; c, d为宏观观测)

    Fig. 3  Snow crystals in natural snowfall

    (a, b: observed with the microscope, c, d: observed with camera)

    表  1  冰晶形状、碰并状况与环境条件的关系

    Table  1  Shapes of ice crystal and aggregation varied with air conditions in the cloud chamber

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出版历程
  • 收稿日期:  2006-03-03
  • 修回日期:  2007-01-11
  • 刊出日期:  2007-08-31

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