09冷云降水理论

冰晶同云滴碰并— 冰晶同云滴碰并— —凇附或碰冻 霰
冰晶碰撞的小水滴存 在尺度范围，在大水 在尺度范围， 滴端和小水滴端均有 碰撞效率为零的现象 冰晶的尺度必须大于 某一临界值才能碰撞 小水滴 片状晶的凇粒多集中 于边缘呈环状， 于边缘呈环状，雪晶 中部常无水滴相碰
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3.冰晶同冰晶碰并---碰连 3.冰晶同冰晶碰并---碰连 冰晶同冰晶碰并--准液膜理论： 0℃附近，冰表面存在准液膜， 准液膜理论：在0℃附近，冰表面存在准液膜， 附近 它与冰晶的表面能有关。 它与冰晶的表面能有关。这种准液膜存在于冰 与空气的界面上， 与空气的界面上，但当它被夹于两层冰之间 例如两冰晶相撞) 就会固体化， (例如两冰晶相撞)时，就会固体化，使冰晶粘 合在一起 -12～-17℃，是产生枝状冰晶的温度，枝叉结 12～ 17℃，是产生枝状冰晶的温度， 构的冰晶相碰容易“钩连” 攀附” 构的冰晶相碰容易“钩连”和“攀附”在一起
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播撒一供应机制
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播撒一供应机制
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1. 雨滴的繁生
口袋状变形破碎机制
R<140um，能保持球形 ， 140um< R<500um，扁球形 ， R>500um，平底的扁椭球形 ， 半径增大，底部凹入现象深化， 半径增大，底部凹入现象深化，形成倒莲蓬 状。 R>5mm，会发生破裂 ，
1 mm
.3 ms-1 1 mm 260 µm 30 min. 1 mm 1 cm 1 ms-1 0oC 460 µm 1 ms-1 0oC 2 mm
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碰连
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降水物的繁生
1. 雨滴的繁生 2. 冰质粒的繁生 3. 雨滴和冰质粒的连锁繁生
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固态降水粒子的增长 播撒云一供应云降水机制 和降水物的繁生
应用气象学院 东 江晓
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2.冰晶同云滴碰并 2.冰晶同云滴碰并-结凇 冰晶同云滴碰并淞晶
• 稀凇附：冻附的冰质粒稀疏地附于雪晶上 稀凇附： • 密凇附：冻附的冰质粒已掩蔽雪晶表面， 密凇附：冻附的冰质粒已掩蔽雪晶表面， 但未改变原来形状
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高层播种云，一般是卷层云，在气旋云系中， 高层播种云，一般是卷层云，在气旋云系中，高空 对流泡是一种典型的播种云。 对流泡是一种典型的播种云。由于高空对流泡尺度 可能同时存在好几个，因此， 小，可能同时存在好几个，因此，使地面降水存在 着小尺度的不均匀结构。 着小尺度的不均匀结构。 供应云，一般指浓密的层状云，如高层云、雨层云、 供应云，一般指浓密的层状云，如高层云、雨层云、 层积云或层云。当供应云受到冰雪晶粒子的播种后， 层积云或层云。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→ 云内会通过云水碰冻→云冰碰连→雪晶的有效转化 以及碰并等过程，使其降水强度明显增加。 以及碰并等过程，使其降水强度明显增加。
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贝吉隆过程或称冰晶效应
对冰、水共存的系统， 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，水汽将从过冷 二者的饱和水汽压之间时， 却水滴向冰晶方向扩散。 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。 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， 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， 分困难的。如果有过冷却水滴共存，则虽 无碰并现象， 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。 消耗过冷却水滴而增大。
霰：大量冻附的冰质粒包围积集于雪晶 四周， 四周，掩蔽了雪晶的本来形状
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3.雨滴和冰质粒的连锁繁生 3.雨滴和冰质粒的连锁繁生
一个水滴可以繁生出许多小水滴，这些小水 一个水滴可以繁生出许多小水滴， 滴又被上升气流托生增大，成为雨滴下降， 滴又被上升气流托生增大，成为雨滴下降， 在下降过程中再度繁生。 在下降过程中再度繁生。 雪晶破裂繁生成许多碎屑， 雪晶破裂繁生成许多碎屑，这些碎屑很快成 为针状或辐枝状雪晶，并再度破裂繁生。 为针状或辐枝状雪晶，并再度破裂繁生。 有些雪花掉到0℃等温线以下， 0℃等温线以下 有些雪花掉到0℃等温线以下，融化成雨滴 后，再按雨滴繁生规律增多水滴
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1. 雨滴的繁生
雨滴的互碰溅散
与相对速度和碰撞角有关
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2.冰质粒的繁生过程 2.冰质粒的繁生过程 脆弱冰晶的破裂 过冷大水滴的冻结破裂 结凇时的繁生（Hallett结凇时的繁生（HallettMossop机制 主要） 机制， Mossop机制，主要）
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强调：当实际水汽压介于共存的两种粒子的 强调： 饱和水汽压之间时，才会出现蒸凝现象。 饱和水汽压之间时，才会出现蒸凝现象。如 果实际水汽压过大或过小， 果实际水汽压过大或过小，就会使两种质粒 共同增大或共同变小。 共同增大或共同变小。
1.蒸凝过程 2.冰晶的碰冻结凇
• 温度较高时 淞附 密度大、湿雪 • 温度较低时 凝华、碰连 密度小、 碎雪
3.碰连聚集增长
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1.蒸凝过程 1.蒸凝过程
蒸凝现象，是指固态或液态物质因升华、 蒸凝现象，是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、 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。 结而转变为固态或液态的现象。 物体通过蒸凝过程后可以回复到原来的相， 物体通过蒸凝过程后可以回复到原来的相， 也可以回复到另— 也可以回复到另—个相。
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固态降水粒子的增长 冷云降水理论 和降水物的繁生
应用气象学院 东 江晓
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固态降水粒子的增长方式
播撒一供应机制
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脆弱冰晶的破裂
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结淞时的繁生（主要） 结淞时的繁生（主要）
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深厚的层状云系和积雨云，可按温度分为3 深厚的层状云系和积雨云，可按温度分为3 上层（ ）；中层 0~中层（ 层：上层（<-30℃ ）；中层（0~-30℃ ）； 下层（ 下层（>0℃ ） 上层冰云，冰晶数浓度高，凝华长大后下落， 上层冰云，冰晶数浓度高，凝华长大后下落， 对中层起“播种冰晶”的作用。 对中层起“播种冰晶”的作用。 中层云体有丰富的过冷水，但冰晶数浓度小， 中层云体有丰富的过冷水，但冰晶数浓度小， 经上层播种后，该层起供水作用。 经上层播种后，该层起供水作用。 下层可通过暖云雨滴破碎繁生机制， 下层可通过暖云雨滴破碎繁生机制，形成较 强的降水。 强的降水。
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固态降水粒子的增长
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Riming: The process by which ice crystals grow through the collision, collection, and freezing of supercooled water droplets.
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一般在自然云中，过饱和度往往不超过0.1%。 0.1%。 一般在自然云中，过饱和度往往不超过0.1% 云滴单靠这么小的过饱和度，增长十分慢。 云滴单靠这么小的过饱和度，增长十分慢。 但云体内若冰水共存，则冰晶凝华相当快。 但云体内若冰水共存，则冰晶凝华相当快。 因为这时进行的是蒸凝过程， 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。 耗水滴的水分而凝华增长的。
(Fred Remer)
Ice crystal
Time
graupel
The original ice crystal can no longer be distinguished.
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3.冰晶同冰晶碰并---碰连 3.冰晶同冰晶碰并---碰连 冰晶同冰晶碰并--0～-5℃及-12～-17℃是雪花的两个多发区 5℃及 12～ 17℃是雪花的两个多发区