郭學(xué)良 付丹紅 胡朝霞

1中國(guó)氣象科學(xué)研究院，北京100081

2中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所，北京100029

1 引言

云物理學(xué)是研究云產(chǎn)生、發(fā)展和降水形成的物理過(guò)程的學(xué)科，在了解降水產(chǎn)生過(guò)程、氣候變化，以及提高天氣預(yù)報(bào)的精細(xì)化水平及人工影響天氣能力等方面具有至關(guān)重要的作用，也是目前亟待加深理解和認(rèn)識(shí)的重要領(lǐng)域。

有關(guān)云物理與人工影響天氣的相關(guān)進(jìn)展已有一些綜述性文章發(fā)表，如云降水微物理及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)方面（Rogers and DeMott, 1991; Pruppacher and Klett,1997），云數(shù)值模式在人工影響天氣方面的應(yīng)用研究（Orville, 1996）以及人工影響天氣理論、播撒技術(shù)等方面 (Cotton, 1986; Bruintjes, 1999; Silverman,2001; NRC, 2003; Garstang et el., 2004; List, 2004)。我國(guó)有關(guān)云物理與人工影響天氣進(jìn)展也有不少綜述性論文發(fā)表（黃美元等，2000, 2003; 毛節(jié)泰和鄭國(guó)光, 2006; 姚展予, 2006; Ma et al., 2007; 雷恒池等, 2008; Guo and Zheng, 2009）。這些綜述性論文比較系統(tǒng)地對(duì) 2008年以前國(guó)內(nèi)外云降水物理及人工影響天氣的現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了深入的討論和論述。有關(guān)氣溶膠對(duì)云降水的研究也有一些綜述性論文（段婧和毛節(jié)泰，2008；楊慧玲等，2011）。最近鄭國(guó)光和郭學(xué)良（2012）對(duì)人工影響天氣科學(xué)技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。

隨著云數(shù)值模式、觀測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，云降水物理與人工影響天氣領(lǐng)域也取得了一系列新進(jìn)展。本文將著重對(duì) 2008～2012年期間有關(guān)云降水物理與人工影響天氣領(lǐng)域的主要研究進(jìn)展進(jìn)行簡(jiǎn)要綜述，并討論目前存在的主要問(wèn)題及亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。

2 云降水物理研究進(jìn)展

2.1 云數(shù)值模式及模擬研究

云模式近幾年的進(jìn)展主要體現(xiàn)在中尺度可分辨云模式以及具有更詳細(xì)云微物理過(guò)程的云數(shù)值模式的不斷發(fā)展和模擬應(yīng)用研究等方面。模式的初始場(chǎng)和邊界條件更為接近實(shí)際，如在模式模擬中普遍采用了非均勻中尺度氣象場(chǎng)、高分辨率的地形和陸面過(guò)程。云物理過(guò)程中已經(jīng)開(kāi)始包含了氣溶膠核化過(guò)程，部分還考慮了氣溶膠形成的化學(xué)過(guò)程。

2.1.1 氣溶膠對(duì)云霧和降水的影響

氣溶膠是云異質(zhì)核化過(guò)程中最基本的要素。自然云的形成主要依賴異質(zhì)核化過(guò)程，因此氣溶膠對(duì)云降水過(guò)程具有重要影響。氣溶膠的云核化過(guò)程受氣溶膠尺度、化學(xué)組成、物理特性以及云中過(guò)飽和度等多種因素的影響。由于不同尺度、化學(xué)組成的氣溶膠粒子的核化需要的過(guò)飽和度不同，在目前的數(shù)值模式中，是通過(guò)預(yù)報(bào)和診斷過(guò)飽和度確定氣溶膠核化的數(shù)量。氣溶膠對(duì)云和降水的影響機(jī)理非常復(fù)雜，具有較大的不確定性。具有氣溶膠核化過(guò)程的云模式是研究這一問(wèn)題的重要手段。

岳治國(guó)等（2011）利用雙參數(shù)顯式云方案的WRF模式，對(duì)北京地區(qū)暴雨、中雨和微量降水等3次云降水過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明，隨著氣溶膠濃度的增加，北京地區(qū)的暴雨、中雨和微量降水平均累計(jì)降水量分別減少了23.8%，16.6%和14%。而且氣溶膠濃度的增加，還可改變降水的強(qiáng)度、分布和時(shí)間。在我國(guó)一些地區(qū)的觀測(cè)分析研究中也發(fā)現(xiàn)氣溶膠對(duì)降水有減小作用（戴進(jìn)等，2008）。

肖輝和銀燕（2011）利用耦合 Morrision雙參數(shù)物理方案的WRF中尺度數(shù)值模式對(duì)2007年6月13日山西一次強(qiáng)降水過(guò)程進(jìn)行了模擬研究，表明污染背景下的降水區(qū)域無(wú)明顯變化，但中心強(qiáng)度變強(qiáng)，平均降水量減小0.8%。

房文和鄭國(guó)光（2011）利用改進(jìn)的中尺度模式（MM5）中的暖云方案, 研究了暖云降水中巨核的作用。結(jié)果表明, 巨核具有增強(qiáng)雨滴的凝結(jié)、碰并和云雨自動(dòng)轉(zhuǎn)化過(guò)程的作用, 使得云滴數(shù)減少高達(dá)40%, 云水減少達(dá) 20%, 云滴有效半徑增加高達(dá)30%左右。在污染和清潔環(huán)境下巨核均可增加降水。

董昊等（2012）利用WRF模式模擬研究了不同云微物理方案云凝結(jié)核（CCN）對(duì)颮線降水的影響，得到所有模擬試驗(yàn)均出現(xiàn) CCN濃度增加延遲降水產(chǎn)生、初期降水減弱的情況，但在模擬后期降水量也隨著 CCN濃度增加而減小，而颮線成熟階段CCN對(duì)降水的影響更加復(fù)雜。

賈星燦和郭學(xué)良（2012）利用 WRF/Chem 模式和霧的觀測(cè)資料，開(kāi)展了包含和不包含人為污染排放源兩種大氣背景條件下的數(shù)值模擬對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在考慮污染排放源時(shí)，模式模擬的霧的空間分布和強(qiáng)度變化與衛(wèi)星、能見(jiàn)度儀和微波輻射計(jì)的觀測(cè)更為接近。污染條件下的邊界層結(jié)構(gòu)更有利于霧的形成，人為大氣污染物使霧的范圍最大增加50%，霧的強(qiáng)度最大增加5 倍，平均延長(zhǎng)霧持續(xù)時(shí)間1.5 h。并且污染氣體SO2、NOx 和NH3的排放產(chǎn)生的二次氣溶膠對(duì)霧的形成和發(fā)展具有重要影響（Jia and Guo, 2012）。

2.1.2 MCS產(chǎn)生機(jī)理的數(shù)值模擬

中尺度對(duì)流系統(tǒng)（MCS）的產(chǎn)生機(jī)理非常復(fù)雜，受大尺度天氣系統(tǒng)、地形以及復(fù)雜的熱力、動(dòng)力過(guò)程的影響。中尺度可分辨云模式的發(fā)展，在地形、云物理過(guò)程、輻射過(guò)程等方面的描述更趨合理，顯著提高了對(duì) MCS形成和演變的模擬能力，有利于模擬研究MCS形成過(guò)程（積云并合、地形影響等）及其產(chǎn)生的降水、冰雹、雷電、大風(fēng)等災(zāi)害性天氣過(guò)程。

積云并合過(guò)程是 MCS形成的重要過(guò)程之一，過(guò)去有關(guān)積云并合的 MCS形成研究一般采用理想數(shù)值模擬試驗(yàn)，側(cè)重機(jī)理研究。理想積云并合的數(shù)值模擬研究一般采用理想地形、均勻初始場(chǎng)和人為初始擾動(dòng)等假設(shè)，結(jié)果很難與實(shí)際積云并合形成過(guò)程進(jìn)行比較。Fu and Guo (2006, 2012) 利用包含北京實(shí)際地形的可分辨云數(shù)值模式MM5模擬研究了北京2001年8月23日一次MCS的形成過(guò)程，發(fā)現(xiàn)MCS的形成經(jīng)歷了從單體并合到積云團(tuán)并合，再到MCS內(nèi)部的強(qiáng)中心并合等多個(gè)尺度并合過(guò)程，積云并合過(guò)程通過(guò)低、中層強(qiáng)迫作用，明顯改變了云動(dòng)力、微物理特性，伴隨并合過(guò)程有強(qiáng)降水、雷電、大風(fēng)等災(zāi)害性天氣過(guò)程產(chǎn)生，有關(guān)模擬的并合過(guò)程與雷達(dá)觀測(cè)結(jié)果具有很好的一致性，提高了對(duì)積云并合過(guò)程的深入認(rèn)識(shí)。

翟菁等（2012）利用MM5中尺度模式對(duì)2008年7月22日發(fā)生在安徽等地的一次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程中對(duì)流云合并現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，認(rèn)為對(duì)流云合并過(guò)程可引起回波增強(qiáng)，云頂抬高，云水，冰相物質(zhì)含量增加，地面降水增加現(xiàn)象。呂玉環(huán)等（2012）利用WRF 模式對(duì)2005年5月5日發(fā)生在貴陽(yáng)的一次云并合過(guò)程進(jìn)行模擬，表明積云并合過(guò)程使區(qū)域平均降水量總體呈增加趨勢(shì)。這些數(shù)值模擬研究結(jié)果也與雷達(dá)觀測(cè)結(jié)果有較好的一致性。

由此可見(jiàn)，中尺度可分辨云模式的發(fā)展也提高了對(duì)伴隨云形成的降水、大風(fēng)、冰雹和雷電等現(xiàn)象的模擬能力。所有這些云模式的發(fā)展，已經(jīng)使云數(shù)值模式從過(guò)去的理想條件數(shù)值模擬（如人為對(duì)流啟動(dòng)、均勻初始場(chǎng)等）向更接近實(shí)際的云數(shù)值模擬轉(zhuǎn)變（如非均勻初始場(chǎng)、實(shí)際地形等），這種轉(zhuǎn)變也使得數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)結(jié)果的比較成為可能。特別是星載云衛(wèi)星觀測(cè)技術(shù)（Cloudsat, TRMM等）、機(jī)載探測(cè)技術(shù)和地基遙感探測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，使云模式微物理過(guò)程的檢驗(yàn)也成為可能。中尺度可分辨云模式的應(yīng)用，在云微物理過(guò)程對(duì)降水的影響方面有了新的認(rèn)識(shí)，如云物理過(guò)程對(duì)降水的影響不僅僅取決于云微物理過(guò)程本身，也與大氣輻射過(guò)程密切相關(guān)（Fu et al., 2011）。

劉香娥和郭學(xué)良（2012）利于可分辨云中尺度WRF數(shù)值模式，研究了2009年6月3日我國(guó)河南發(fā)生的歷史罕見(jiàn)強(qiáng)颮線天氣過(guò)程，發(fā)現(xiàn)雨水蒸發(fā)過(guò)程是影響地面冷池強(qiáng)度的關(guān)鍵因素，而地面強(qiáng)冷池在此次颮線災(zāi)害性大風(fēng)的產(chǎn)生中具有重要作用，另一個(gè)決定性作用是中高層動(dòng)量下傳。由動(dòng)量下傳造成的地面災(zāi)害性大風(fēng)約占70%，而地面強(qiáng)冷池導(dǎo)致的地面大風(fēng)約占30%，二者共同作用導(dǎo)致了此次颮線災(zāi)害性大風(fēng)的產(chǎn)生（Liu and Guo, 2012）。

2.1.3 云結(jié)構(gòu)與降水過(guò)程的數(shù)值模擬

對(duì)云結(jié)構(gòu)的深入了解，有利于提高對(duì)降水形成機(jī)理的認(rèn)識(shí)，是云降水物理研究的基礎(chǔ)。云模式的發(fā)展和不斷完善，對(duì)云結(jié)構(gòu)和降水過(guò)程的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步提高。

趙震和雷恒池（2008）利用MM5中增加的雙參數(shù)顯式云物理方案模擬了西北地區(qū)一次層狀云降水過(guò)程，模擬結(jié)果顯示對(duì)小雨的預(yù)報(bào)評(píng)分較高，對(duì)中雨以上評(píng)分低而且位置有一定偏差，即對(duì)層狀云降水模擬效果較好，并探討了層狀云降水形成機(jī)制。

楊潔帆等（2010）利用一維層狀云分檔模式，對(duì)2007年7月1日吉林省一次鋒面抬升引起的層狀云降水結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模擬研究，表明冰晶層對(duì)混合層的播撒以直徑D＜300 μm的小冰晶粒子為主。從混合層播撒 D＞100 μm 的水滴粒子以及未完全融化的冰晶粒子對(duì)暖層中小云滴粒子的碰并收集作用較強(qiáng)，同時(shí)，一部分降水粒子在暖層內(nèi)可通過(guò)隨機(jī)碰并機(jī)制產(chǎn)生。

陶玥等（2012）利用中尺度云分辨模式對(duì)我國(guó)南方2008年1月28～29日的凍雨天氣過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬, 研究了冰凍天氣形成的大氣層結(jié)及云系凍雨區(qū)云的宏微觀結(jié)構(gòu)特征。結(jié)果表明，湖南和貴州兩地凍雨形成的云物理機(jī)理不同，湖南凍雨在“冷—暖—冷”層結(jié)下, 通過(guò)“冰相融化過(guò)程”形成,而貴州凍雨是在“暖—冷”層結(jié)下通過(guò)“過(guò)冷暖雨過(guò)程”形成的。

侯團(tuán)結(jié)等（2011）利用一維層狀云模式，對(duì)吉林2004年7月1日的一次降水性層狀云宏微觀物理結(jié)構(gòu)和降水機(jī)制進(jìn)行了分析，對(duì)顧震潮三層云結(jié)構(gòu)模型有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。云體發(fā)展成熟時(shí)，各層之間存在播種—供應(yīng)關(guān)系。

周非非等（2010）對(duì)2002年10月18～20日河南省層狀云系的水分收支和降水機(jī)制用MM5模式模擬的結(jié)果表明，在主要降水時(shí)段，降水是由冷云和暖云過(guò)程共同產(chǎn)生的，冰粒子凝華增長(zhǎng)對(duì)雨水的貢獻(xiàn)最大超過(guò) 35%，撞凍增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)最高不足12%，可見(jiàn)水汽對(duì)降水粒子增長(zhǎng)很重要。催化層、冰水混合層和液水層對(duì)降水的貢獻(xiàn)分別約為 15%～27%、45%～50%和23%～38%，表明此“催化—供給”云中冰粒子在冰水混合層的增長(zhǎng)對(duì)降水的貢獻(xiàn)相當(dāng)大。

最近幾年部分云數(shù)值模式中還考慮了雷達(dá)資料同化過(guò)程，開(kāi)展了雷達(dá)資料同化對(duì)云降水過(guò)程的影響（徐枝芳等，2009；蘭偉仁等，2010a，2010b；陳明軒等，2012）。模擬試驗(yàn)結(jié)果表明，雷達(dá)資料同化可有效改善反射率、降水和云物理過(guò)程的模擬效果。

2.1.4 霧數(shù)值模擬

霧數(shù)值模式是霧形成和預(yù)報(bào)研究的重要手段。隨著復(fù)雜可分辨云中尺度數(shù)值模式的發(fā)展，考慮了更為詳細(xì)的云物理過(guò)程、邊界層過(guò)程、湍流過(guò)程和輻射過(guò)程等，對(duì)霧生消過(guò)程以及形成機(jī)理的模擬研究提供了有效手段，同時(shí)為將來(lái)霧的數(shù)值預(yù)報(bào)和人工消霧提供了重要條件。

何暉等（2009）利用中尺度可分辨云數(shù)值模式（MM5）研究了2007年10月26日北京大霧天氣過(guò)程，并與多通道微波輻射計(jì)、風(fēng)廓線儀及NOAA極軌衛(wèi)星監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行了對(duì)比研究，研究發(fā)現(xiàn)地面長(zhǎng)波輻射冷卻及霧頂?shù)拈L(zhǎng)波輻射冷卻降溫對(duì)霧的形成和維持具有重要作用，而太陽(yáng)的短波輻射對(duì)霧的減弱消散有重要影響。

胡朝霞等（2011）利用中尺度數(shù)值模式對(duì)2004年12月17～19日在我國(guó)中東部地區(qū)出現(xiàn)的大霧天氣進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明，此次霧過(guò)程是一次典型的輻射霧，覆蓋范圍大，水平不均勻。近地面存在的逆溫層、充沛的水汽供應(yīng)和微風(fēng)條件有利于霧的形成和維持。

何暉等（2011）利用中尺度數(shù)值模式（MM5）的Reisner2方案中引入了液氮與云相互作用的過(guò)程,實(shí)現(xiàn)了播撒消霧功能。對(duì)2007年12月26日北京地區(qū)的一次冷霧天氣過(guò)程進(jìn)行了消霧的數(shù)值模擬研究, 探討了消霧的效果和機(jī)理。結(jié)果表明，以15 g/s的速率播撒作業(yè)和在目標(biāo)區(qū)上風(fēng)方5～6 km的地點(diǎn)作業(yè)對(duì)能見(jiàn)度的改善最為顯著。

2.1.5 云與閃電過(guò)程的數(shù)值模擬研究

云中的電過(guò)程與云微物理、動(dòng)力過(guò)程密切相關(guān)。隨著云模式的不斷完善，有利于對(duì)云中電過(guò)程的模擬研究，揭示云微物理與電過(guò)程相互作用的機(jī)理。

侯團(tuán)結(jié)等（2009）將三種不同的非感應(yīng)起電參數(shù)化方案引入三維強(qiáng)風(fēng)暴云數(shù)值模式，對(duì) 2005年6月10日發(fā)生在長(zhǎng)春的一次雹暴過(guò)程進(jìn)行了模擬研究。結(jié)果表明，電荷的產(chǎn)生始于過(guò)冷水含量中心，并隨著過(guò)冷水含量中心的向上發(fā)展而上移。非感應(yīng)起電參數(shù)化方案的差異會(huì)導(dǎo)致不同的云中電荷極性結(jié)構(gòu)。

周志敏和郭學(xué)良（2009a）建立了云物理耦合電過(guò)程的冰粒子分檔模式，對(duì)北京一次強(qiáng)雷暴天氣的云中空間電荷結(jié)構(gòu)分布、形成機(jī)制及放電過(guò)程進(jìn)行了模擬分析研究。結(jié)果表明，云水含量主要通過(guò)感應(yīng)起電過(guò)程影響云水、霰粒子之間的電荷轉(zhuǎn)移，然后影響空間電荷分布；微物理過(guò)程的不均勻性使感應(yīng)、非感應(yīng)起電變得更加復(fù)雜；強(qiáng)上升氣流將冰相物攜帶到較高處，從而使得水成物間發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移的高度也比較高；由于放電會(huì)改變空間電荷結(jié)構(gòu),放電通道中的感應(yīng)電荷會(huì)重新分配到各個(gè)水成物表面。

周志敏和郭學(xué)良（2009b）利用建立的三維閃電數(shù)值模式，模擬研究了北京2001年8月23日一次強(qiáng)雷暴發(fā)展過(guò)程中的云內(nèi)閃電通道特征及其與上升氣流和液水含量（LWC）之間的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在強(qiáng)雷暴發(fā)展過(guò)程中，由于雪晶往往在上升氣流相對(duì)較弱及LWC較低的地方形成、發(fā)展，與霰粒子之間的非感應(yīng)起電過(guò)程首先發(fā)生在這些區(qū)域，然后發(fā)生電荷分離。

周志敏等（2011）利用建立的耦合電過(guò)程三維冰粒子分檔模式，模擬研究了北京一次強(qiáng)雷暴發(fā)展過(guò)程中電過(guò)程對(duì)霰粒子含量、數(shù)濃度的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，直徑較小的霰粒子數(shù)濃度受電場(chǎng)影響較大,直徑較大的霰粒子數(shù)濃度受電場(chǎng)影響較小；對(duì)不同直徑的霰粒子來(lái)說(shuō)，電過(guò)程既有可能使其數(shù)濃度增加，又有可能使其數(shù)濃度減少；當(dāng)電場(chǎng)較大時(shí)，電過(guò)程對(duì)小直徑霰粒子的影響比較直接，而對(duì)大直徑霰粒子具有間接的影響。

2.2 云降水觀測(cè)與遙感反演研究

云結(jié)構(gòu)的形成、演變是降水相關(guān)研究的基礎(chǔ)。最近幾年我國(guó)在云主動(dòng)探測(cè)和被動(dòng)遙感探測(cè)研究方面取得了明顯進(jìn)展，特別在地基雷達(dá)探測(cè)（云雷達(dá)、偏振雷達(dá)等）、機(jī)載探測(cè)和衛(wèi)星遙感探測(cè)等方面取得了明顯的進(jìn)步。

2.2.1 雷達(dá)探測(cè)研究

雷達(dá)，特別是云雷達(dá)、偏振雷達(dá)等在云降水結(jié)構(gòu)和演變的觀測(cè)中具有十分重要的作用。毫米波云雷達(dá)具有波長(zhǎng)短（3 mm或8 mm）、靈敏度、分辨率高（小于50 m）的特點(diǎn)。主要缺點(diǎn)是易被液態(tài)水衰減，探測(cè)范圍有限。由于不需要大的天線和強(qiáng)大功率的發(fā)射機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)弱信號(hào)目標(biāo)的探測(cè)，獲取良好、詳細(xì)的信息，由于其重量輕，可以方便地裝載在地面移動(dòng)、飛機(jī)、衛(wèi)星等觀測(cè)平臺(tái)上，最近幾年在我國(guó)也在相關(guān)的研制和應(yīng)用方面得到較快的發(fā)展。

章文星和呂達(dá)仁（2012）利用 2008年 5～12月在安徽省壽縣進(jìn)行的大氣輻射綜合觀測(cè)試驗(yàn)資料，比較研究了云雷達(dá)（W-band，95 GHz）、云高儀（Vaisala Ceilometer）及掃描式全天空紅外成像儀（SIRIS-1型）三種云觀測(cè)儀器的觀測(cè)結(jié)果，結(jié)果顯示，地基熱紅外對(duì)于觀測(cè)中低云高具有穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)和便捷等優(yōu)勢(shì)，但觀測(cè)結(jié)果較云雷達(dá)系統(tǒng)偏高。彭亮等（2012）利用2008年11月1日壽縣氣象站云雷達(dá)測(cè)量, 開(kāi)展了云內(nèi)空氣垂直速度的反演試驗(yàn)。結(jié)果顯示，小粒子示蹤法在湍流較弱時(shí)能比較精確地反演空氣垂直速度, 而湍流較強(qiáng)時(shí), 湍流造成的誤差不可忽略。

偏振雷達(dá)的最大作用是可分辨云中水成物的種類，獲得更精確的降水測(cè)量。最近幾年我國(guó)偏振雷達(dá)的研制及相關(guān)研究方面有了較快的發(fā)展（何宇翔等，2009，2010）。

房彬等（2010）利用激光雨滴譜儀觀測(cè)到的滴譜資料建立實(shí)時(shí)的Z–I關(guān)系。然后，利用變分法對(duì)同時(shí)有雷達(dá)回波和雨量計(jì)資料的點(diǎn)的實(shí)測(cè)校準(zhǔn)因子進(jìn)行校準(zhǔn)，獲得最優(yōu)校準(zhǔn)因子分析場(chǎng)。最后，對(duì)有雨量計(jì)的點(diǎn)取雨量計(jì)實(shí)際觀測(cè)值，沒(méi)有雨量計(jì)的點(diǎn)利用最優(yōu)校準(zhǔn)因子分析場(chǎng)估算降水。利用此方法對(duì)遼寧省2007年5月15日一次天氣過(guò)程進(jìn)行降水量估算，結(jié)果表明，雷達(dá)—雨量計(jì)—粒子激光探測(cè)儀聯(lián)合校準(zhǔn)法結(jié)合了雨量站觀測(cè)資料單點(diǎn)精度高和雷達(dá)資料時(shí)空分辨率高的優(yōu)點(diǎn)，提高了降水量的估算精度，更好地反映了降水的空間分布。

2.2.2 機(jī)載探測(cè)研究

機(jī)載云探測(cè)設(shè)備包括機(jī)載微波輻射計(jì)、機(jī)載云雷達(dá)和機(jī)載云粒子測(cè)量系統(tǒng)等。我國(guó)在機(jī)載微波輻射計(jì)和機(jī)載云雷達(dá)方面目前還處于研究和試驗(yàn)階段。

周珺等（2008）采用一維層狀云模式產(chǎn)生云樣本，通過(guò)統(tǒng)計(jì)回歸方法獲取機(jī)載微波輻射計(jì)測(cè)量路徑積分液態(tài)水含量的反演系數(shù)，結(jié)果表明，由于考慮了對(duì)層狀云物理過(guò)程，在一定程度上減小了因背景大氣條件、云溫、云內(nèi)含水量的垂直分布等的不確定性所引起的反演誤差，可使反演精度得到進(jìn)一步改善。

周珺等（2010）通過(guò)對(duì)正則化方法改進(jìn)和數(shù)值模擬試驗(yàn)，開(kāi)展了機(jī)載雙天線微波輻射計(jì)觀測(cè)數(shù)據(jù)層析反演云液水空間分布的試驗(yàn)，得到反演誤差在8.6%～12.3%之間, 反演圖像可以反映出不同云型的結(jié)構(gòu)特征。

機(jī)載云粒子探測(cè)系統(tǒng)主要采用進(jìn)口機(jī)載粒子測(cè)量系統(tǒng)，是基于激光拍攝粒子圖像和對(duì)粒子記數(shù)的粒子譜測(cè)量系統(tǒng)。由多個(gè)探頭組成，分別裝在飛機(jī)的不同部位，可以覆蓋0.1 μm到幾個(gè)毫米的云粒子尺度范圍，包括氣溶膠、非降水性云粒子、降水性云粒子。飛機(jī)探測(cè)是云探測(cè)重要的手段，但受觀測(cè)條件的限制較大。范燁等（2010）分析研究了北京及周邊地區(qū)2004年8～9月期間三次鋒面云系的機(jī)載云粒子測(cè)量系統(tǒng) (PMS) 的觀測(cè)資料。結(jié)果表明,三次降水云系以直徑 5～9 μm、200 μm 和 400～1000 μm的云和降水粒子為主。并建立了云粒子譜分布擬合函數(shù)。冷鋒層積云系的負(fù)溫云層中存在著相同濃度量級(jí)的過(guò)冷云水和雨水、霰粒、柱狀和針狀冰晶, 過(guò)冷水含量可達(dá)到0.26 g/m3, 暖鋒云系中則以霰粒、結(jié)淞粒子和冰雪晶聚合體為主, 也存在少量柱狀、針狀冰晶和過(guò)冷水滴。

張佃國(guó)等（2011）利用山東省 1989～2008年23架次秋季降水云系飛機(jī)探測(cè)資料，分析了云中過(guò)冷水以及冰晶濃度的分布特征。結(jié)果表明，山東省降水云系中存在較為豐富的過(guò)冷水，最大可達(dá) 0.36 g/m3，云中冰晶濃度最大可達(dá)12.8～406 L–1。

趙增亮等（2011）對(duì)1999年6月4日華北平原上一次層積云過(guò)程兩個(gè)架次的飛機(jī)微物理探測(cè)資料進(jìn)行了分析，并將飛機(jī)盤旋上升和下降取得的5次云參數(shù)垂直探測(cè)結(jié)果作為輻射傳輸模式 SBDART2.4的輸入，采取正演的方式與GMS5/VISSR、NOAA15/AVHRR反射通道的資料進(jìn)行了對(duì)比分析。飛機(jī)探測(cè)顯示層積云云厚約 1000 m，云粒子濃度最大值425 cm–3，含水量最大值 0.2 g/m3。

盧廣獻(xiàn)和郭學(xué)良（2012）利用 2009年春季開(kāi)展的“環(huán)北京云觀測(cè)試驗(yàn)”氣溶膠和云凝結(jié)核（CCN）數(shù)據(jù)，分析研究了試驗(yàn)期間大氣氣溶膠的分布、來(lái)源特征及其與 CCN的轉(zhuǎn)化關(guān)系。結(jié)果表明，高濃度氣溶膠基本分布在4500 m以下的區(qū)域，量級(jí)可以達(dá)到103cm?3。4500 m以上氣溶膠呈顯著下降趨勢(shì)，僅為 101cm?3的量級(jí)；氣溶膠平均直徑在0.16～0.19 μm之間。4500 m以下氣溶膠平均粒子譜呈雙（多）峰分布，而在4500 m以上基本為單峰分布。受氣溶膠的來(lái)源特性差異的影響，在0.3%的過(guò)飽和度下，4500 m以下氣溶膠轉(zhuǎn)化為CCN比例不到20%，但在4500 m以上可高達(dá)近50%。氣團(tuán)移動(dòng)軌跡顯示，4500 m以上的大氣高層均受到來(lái)自沙塵等較大尺度粒子的影響，飛機(jī)觀測(cè)的高CCN濃度說(shuō)明這種較大尺度氣溶膠粒子可溶性較大。而4500 m以下的低層，由于受到局地或區(qū)域地面污染的影響，氣溶膠的尺度較小，核化為CCN的過(guò)飽和度要求較高，因此氣溶膠到 CCN的轉(zhuǎn)化率低。

2.2.3 星載探測(cè)資料分析研究

最近幾年我國(guó)對(duì)星載微波、雷達(dá)、可見(jiàn)光、紅外等云探測(cè)信息的分析研究有較大的發(fā)展，衛(wèi)星探測(cè)信息有利于更大范圍和長(zhǎng)時(shí)間尺度的云演變特征的研究。

李興宇等（2008）, Li et al.（2008）利用 1984～2004年國(guó)際衛(wèi)星云氣候?qū)W計(jì)劃 (ISCCP) 的云水路徑 (CWP) 資料，分析了中國(guó)地區(qū)空中云水資源的分布特征、變化趨勢(shì)以及與大氣環(huán)流和濕度場(chǎng)的關(guān)系。該研究表明，中國(guó)地區(qū)CWP的分布與大氣環(huán)流、地形特征、大氣濕度分布及水汽傳輸密切相關(guān)，中國(guó)地區(qū) CWP存在明顯的季節(jié)變化，6月全國(guó)平均CWP最高，10月最低，不同地區(qū)季節(jié)變化差異明顯。從變化趨勢(shì)看，中國(guó)地區(qū)CWP以增加為主，青藏高原東部、內(nèi)蒙古東部地區(qū)以及西北東部地區(qū)CWP的增加趨勢(shì)較強(qiáng)。全國(guó)范圍內(nèi)，冬季和秋季 CWP增加較大，春季和夏季增加較小。這些變化主要與大氣環(huán)流變化導(dǎo)致的抬升運(yùn)動(dòng)的增強(qiáng)以及大氣濕度（水汽）增加有關(guān)，中國(guó)地區(qū)空中云水資源在全球變暖的背景下表現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，符合氣溫增加導(dǎo)致水循環(huán)增強(qiáng)的觀點(diǎn)。

CloudSat 是2006年發(fā)射的第一顆搭載毫米波段雷達(dá)的衛(wèi)星，可用于研究云垂直結(jié)構(gòu)特征等。與CALIPSO、Aqua和Aura 以及法國(guó)Parasol衛(wèi)星一起組成A-Train衛(wèi)星星座，前后星時(shí)間差小于30 min，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)同步主被動(dòng)、多波段對(duì)地球的觀測(cè)，能夠提供云垂直廓線及云中粒子的相關(guān)特性的信息。王帥輝等（2010）比較研究了2006年7月至2007年6月的CloudSat 2B-GEOPROF-LIDAR產(chǎn)品資料和國(guó)際衛(wèi)星云氣候計(jì)劃 (ISCCP) D2月平均云量數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，ISCCP與CloudSat總云量的分布形勢(shì)在午間和凌晨均具有較好的一致性，但是兩種資料得到的總云量在量值上存在一定差異。對(duì)于整個(gè)研究區(qū)域而言，午間ISCCP較CloudSat平均總云量偏低8.9%，凌晨偏低15.1%。ISCCP與CloudSat云量差值總體上隨CloudSat云量的增大而呈線性變化，在CloudSat少云區(qū)ISCCP略有偏高，而在多云區(qū)則顯著偏低。

汪會(huì)等（2011）利用2006年9月至2009年8月的 CloudSat/CALIPSO資料, 比較分析了東亞季風(fēng)區(qū)、印度季風(fēng)區(qū)、西北太平洋季風(fēng)區(qū)和青藏高原地區(qū)的云量和云層垂直結(jié)構(gòu)及其季節(jié)變化特征。提出現(xiàn)有大氣環(huán)流模式需要提高垂直分辨率，才能提高對(duì)云的分辨能力。

李俊等（2012）基于CloudSat衛(wèi)星研究發(fā)現(xiàn)，中尺度對(duì)流系統(tǒng)具有濕中性層結(jié)特征，并且從動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)的角度探討了濕中性層結(jié)結(jié)構(gòu)在 MCS發(fā)生和發(fā)展中所起到的作用。

楊大生和王普才（2012）利用CloudSat衛(wèi)星資料，分析了 2006～2008年中國(guó)地區(qū)夏季月平均云水含量的垂直和區(qū)域變化特征。結(jié)果顯示，青藏高原地形和東亞夏季風(fēng)對(duì)月平均云含水量分布有明顯影響。中國(guó)中部緯度上對(duì)流層中層的月平均液態(tài)水含量比南部及北部的量值大，各月平均云液水含量垂直廓線存在兩個(gè)不同高度上的峰值區(qū)。

李香淑等（2011）利用熱帶測(cè)雨衛(wèi)星 (TRMM)的雷達(dá) (PR）、微波成像儀 (TMI）、加密探空等綜合觀測(cè)資料，研究了1998年5～6月中國(guó)南海季風(fēng)試驗(yàn)（SCSMEX）期間南海北部中尺度對(duì)流云帶的結(jié)構(gòu)、演變和降水特征，探討了對(duì)流有效位能、 風(fēng)切變及相變潛熱在對(duì)流云帶維持和發(fā)展中的作用機(jī)理。結(jié)果表明，季風(fēng)爆發(fā)前南海北部地區(qū)盡管存在較大的對(duì)流有效位能，但垂直風(fēng)切變很小。季風(fēng)爆發(fā)后，季風(fēng)環(huán)流使對(duì)流有效位能和垂直風(fēng)切變加強(qiáng)和維持，從而導(dǎo)致南海的對(duì)流云呈現(xiàn)維持和加強(qiáng)的態(tài)勢(shì)，可發(fā)展為深厚中尺度對(duì)流云，降水加強(qiáng)。季風(fēng)爆發(fā)期間對(duì)流發(fā)展產(chǎn)生的水分相變潛熱加熱率可增加2倍以上。衛(wèi)星得到的云帶變化特征與利用中國(guó)南海季風(fēng)試驗(yàn)區(qū)1998年5～6月科學(xué)1號(hào)和實(shí)驗(yàn)3號(hào)觀測(cè)船得到的一天4次加密探空資料分析得到的環(huán)流結(jié)構(gòu)特征的演變一致（李香淑等，2008）。季風(fēng)爆發(fā)前，南海北部地區(qū)高層輻合、低層輻散，以下沉氣流為主；季風(fēng)爆發(fā)后，在200 hPa左右高層輻散，而在900～950 hPa左右低層輻合，并出現(xiàn)強(qiáng)上升氣流。這種動(dòng)力場(chǎng)的顯著變化引起溫度、濕度場(chǎng)的改變，直接導(dǎo)致南海對(duì)流的快速發(fā)展，對(duì)流活動(dòng)伴隨著劇烈的熱量和水汽垂直輸送和轉(zhuǎn)化。

方翔等（2011）研究了NOAA衛(wèi)星微波濕度計(jì)(AMSU-B) 的3個(gè)水汽吸收波段與冰粒子含量的變化，建立了利用NOAA衛(wèi)星AM-SU-B水汽通道反演對(duì)流云冰水路徑和冰水厚度的算法，得到的反演結(jié)果與閃電分布具有較好的一致性。其中，強(qiáng)的負(fù)閃發(fā)生區(qū)與高層冰粒子聚集區(qū)對(duì)應(yīng)較好，而正閃和部分較弱負(fù)閃發(fā)生在中層冰粒子聚集區(qū)，與星載微波成像儀（TMI）反演可降水冰結(jié)果有較好的一致性。

劉貴華等（2011）選取2007年6月21日陜西地形云降水過(guò)程，用極軌衛(wèi)星資料反演高空間分辨率的云微物理特征。分析表明：迎風(fēng)坡云頂亮溫為―31 °C，粒子有效半徑為9 μm，含有豐富過(guò)冷水，但缺乏冰晶；對(duì)溫度為―20 °C的低云，在有高云參與的情況下，產(chǎn)生了較多的降水。

齊彥斌等（2010）利用NCEP資料，將對(duì)流渦度矢量的垂直分量、水平散度和廣義位溫的垂直梯度結(jié)合在一起，引入熱力切變平流參數(shù)。研究結(jié)果表明熱力切變平流參數(shù)能夠比較準(zhǔn)確地表征雨區(qū)上空水平風(fēng)場(chǎng)切變和濕等熵面漏斗狀向下伸展等動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)典型的垂直結(jié)構(gòu)特征，與降水系統(tǒng)的發(fā)展演變有密切的關(guān)系。

2.2.4 GPS水汽測(cè)量及地基微波輻射計(jì)研究

大氣水汽含量的三維空間分布和演變特征是研究對(duì)云降水形成機(jī)理的關(guān)鍵要素，目前對(duì)大氣水汽的測(cè)量主要有探空、GPS、微波輻射計(jì)等手段，最近幾年有關(guān)此方面的研究也有一些重要進(jìn)展，特別是GPS、微波輻射計(jì)觀測(cè)資料的驗(yàn)證和應(yīng)用。

劉紅燕等（2009）對(duì)比分析了地基微波輻射計(jì)、探空、GPS測(cè)量水汽的差異，得到地基微波輻射計(jì)與探空的差值為0.281 cm，GPS與探空的差值為0.728 cm，地基微波輻射計(jì)與GPS的差值為0.322 cm。并依據(jù)地基12通道微波輻射計(jì)測(cè)量的水汽總量（簡(jiǎn)稱PWV），分析了北京地區(qū)水汽在四個(gè)季節(jié)中的日變化特征。

梁宏等（2012）探討了地基GPS遙感的大氣水汽總量與探空觀測(cè)的大氣水汽總量的差別，結(jié)果表明，近十多年拉薩站探空水汽總量比 GPS水汽總量明顯偏小，偏小程度隨使用不同的探空儀而異。

黃建平等（2010）利用兩年的地基微波輻射儀觀測(cè)資料，分析了黃土高原半干旱區(qū)液態(tài)云水路徑和可降水量的變化特征。結(jié)果顯示，在黃土高原地區(qū)，95%的云水路徑值都在150 g/m2以下，95%的可降水量值都在3 cm以下。衛(wèi)星反演資料的年變化趨勢(shì)與地基反演結(jié)果比較吻合。

3 人工影響天氣相關(guān)研究進(jìn)展

數(shù)值模式在人工影響天氣作業(yè)條件預(yù)報(bào)、識(shí)別、效果評(píng)估、作業(yè)方法的建立以及機(jī)理等方面的研究中具有重要作用。我國(guó)近幾年在人工影響天氣數(shù)值模式的發(fā)展和應(yīng)用方面做了大量研究。中尺度可分辨云模式已經(jīng)應(yīng)用于人工影響天氣的業(yè)務(wù)，主要用于作業(yè)條件預(yù)報(bào)（樓小鳳等，2012）。

在云尺度人工影響天氣模式（Guo et al., 2006;2007）的基礎(chǔ)上，方春剛等（2009）在 WRF中尺度天氣數(shù)值模式中引入碘化銀與云相互作用過(guò)程，建立了中尺度碘化銀播撒數(shù)值模式，研究了不同播撒部位、播撒時(shí)間和播撒劑量情況下碘化銀的擴(kuò)散、傳輸及其對(duì)云中水成物和降水量的影響。

楊潔帆和雷恒池（2010）使用包含詳細(xì)微物理過(guò)程的一維層狀云全分檔模式，加入AgI焰劑催化方案，對(duì)2007年吉林省長(zhǎng)春市一次層狀云降水過(guò)程進(jìn)行AgI播撒試驗(yàn)。

洪延超和李宏宇（2011）利用觀測(cè)資料、中尺度模式 MM5和一維層狀云模式, 分析和研究了典型層狀云系的“催化—供給”云結(jié)構(gòu)及其分布、降水形成微物理機(jī)制以及人工增雨條件。結(jié)果表明,云系的不同部位，其垂直結(jié)構(gòu)不同。提出可以用云體“催化—供給”云結(jié)構(gòu)、降水機(jī)制、過(guò)冷水含量、冰晶濃度、云的暖區(qū)含水量以及冰面過(guò)飽和水汽量判斷人工增雨催化條件。

最近幾年我國(guó)也開(kāi)展了一些吸濕劑播撒模式的研究。吸濕劑催化技術(shù)主要針對(duì)暖云區(qū)的催化技術(shù)，通過(guò)使用具有吸濕特性、適當(dāng)尺度的物質(zhì)（如鹽粒等），增加云中凝結(jié)核（CCN）或促進(jìn)暖云和混合相云碰并降水形成過(guò)程。因此，在吸濕劑播撒方面，催化劑的尺度和吸濕特性是兩個(gè)重要影響因子，我國(guó)有關(guān)吸濕性催化劑性能及在暖云人工增雨中的應(yīng)用研究還處于試驗(yàn)研究之中。一些數(shù)值模擬試驗(yàn)結(jié)果表明（房文和鄭國(guó)光，2011），大尺度氣溶膠核對(duì)促進(jìn)降水形成具有重要影響。

一些先進(jìn)探測(cè)和作業(yè)設(shè)備在人工影響天氣中的應(yīng)用呈現(xiàn)快速發(fā)展，如地基多普勒偏振雷達(dá)、機(jī)載探測(cè)儀器等。高時(shí)空分辨率的雷達(dá)、衛(wèi)星、雨量站等資料可以較快速地通過(guò)專業(yè)或公共網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入指揮平臺(tái)。GPS系統(tǒng)的應(yīng)用可以使作業(yè)飛機(jī)的飛行狀態(tài)與觀測(cè)的云系狀況緊密結(jié)合起來(lái)，大大提高了作業(yè)的時(shí)效性并降低了盲目性。

4 討論與結(jié)論

對(duì)云降水形成關(guān)鍵物理過(guò)程的認(rèn)識(shí)、驗(yàn)證和定量化描述仍然不足。盡管最近幾年觀測(cè)技術(shù)與云數(shù)值模式及應(yīng)用研究有了長(zhǎng)足的發(fā)展，對(duì)一些云降水形成的宏微觀過(guò)程的基本認(rèn)識(shí)有了顯著的提高，但對(duì)云結(jié)構(gòu)及降水形成的一些關(guān)鍵物理過(guò)程及形成機(jī)理的認(rèn)識(shí)仍然十分不足，如云中水分轉(zhuǎn)化的微物理、動(dòng)力、熱力過(guò)程以及云微物理與動(dòng)力過(guò)程的相互作用等。由于缺乏相應(yīng)的定量化觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)研究，云中相關(guān)的物理過(guò)程的假定無(wú)法得到檢驗(yàn)和驗(yàn)證。目前普遍采用的多普勒降水雷達(dá)只能對(duì)云的降水回波結(jié)構(gòu)和水平風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)云中粒子相態(tài)、分布、轉(zhuǎn)化及相應(yīng)的動(dòng)力、熱力過(guò)程的觀測(cè)幾乎無(wú)法獲得。而能獲取云中粒子相態(tài)的相關(guān)技術(shù)，目前仍然處于不成熟狀態(tài)。我們目前對(duì)云的認(rèn)識(shí)，在很大程度上還處于定性化認(rèn)識(shí)狀態(tài)，定量化特別是準(zhǔn)確的定量化描述仍然十分缺乏，云仍然是一個(gè)“黑匣子”。

云數(shù)值模式雖然可以在一定程度上揭示云中粒子的轉(zhuǎn)化和相應(yīng)的物理過(guò)程，但數(shù)值模式中的物理過(guò)程是基于理論、觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)建立的，存在大量的理論假定，如果這些假定和描述無(wú)法得到驗(yàn)證和檢驗(yàn)，很難提高其模擬能力。目前對(duì)數(shù)值模式的驗(yàn)證大部分仍然采用雷達(dá)、地面降水的直接驗(yàn)證，但即使降水模擬效果不好，由于缺乏科學(xué)依據(jù)，也很難直接通過(guò)改進(jìn)模式中的物理過(guò)程，提高降水的模擬能力，盡管大量的數(shù)值模擬敏感性試驗(yàn)表明，這些物理過(guò)程具有很重要作用。因此，提高對(duì)云中一些關(guān)鍵物理過(guò)程的認(rèn)識(shí)，降低其不確定性，是提高云數(shù)值模擬能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

目前的計(jì)算機(jī)資源已經(jīng)能夠提供具有短期預(yù)報(bào)價(jià)值的云實(shí)際模擬能力，把具有詳細(xì)云物理過(guò)程、具備資料同化功能的數(shù)值模式應(yīng)用于人工影響天氣的實(shí)際業(yè)務(wù)中已成為可能。特別是與人工影響天氣有關(guān)的各種微物理過(guò)程，在不斷檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上采納和引入，可以降低人工影響天氣工作的很多不確定性，提升業(yè)務(wù)能力和科技水平。云數(shù)值模式在三個(gè)方面可以應(yīng)用于人工影響天氣作業(yè)，即有關(guān)人影作業(yè)的方案設(shè)計(jì)、論證，作業(yè)過(guò)程的指導(dǎo)，作業(yè)后的分析。這樣有利于建立優(yōu)化播云方案、凝練和建立物理假設(shè)。數(shù)值模式能夠在相同的云況條件下比較播撒與無(wú)播撒的異同，明確播云效果，也可以模擬播撒物質(zhì)的擴(kuò)散路徑，提供外場(chǎng)試驗(yàn)和作業(yè)所需的實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)，提供不同播撒方式產(chǎn)生的潛在效應(yīng)。

云數(shù)值模式和資料同化可以降低傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的不確定性。采用復(fù)雜的數(shù)值模式，可以顯式處理不確定性因素，并能進(jìn)行作業(yè)和控制試驗(yàn)的時(shí)空對(duì)比。目前我國(guó)在數(shù)值模式研究方面發(fā)展迅速，已經(jīng)初步具備適用于人工影響天氣作業(yè)設(shè)計(jì)和效果驗(yàn)證試驗(yàn)的云和降水模式，但還沒(méi)有完全實(shí)時(shí)應(yīng)用到外場(chǎng)作業(yè)試驗(yàn)中，要達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，需要解決模式運(yùn)行速度（如采用較低的分辨率、較簡(jiǎn)單的物理過(guò)程），同時(shí)需要采用快速云物理參數(shù)的資料同化和初始化技術(shù)。模式技術(shù)總是具有一定的不確定性，人工影響天氣模式和其他數(shù)值模式一樣，需要對(duì)一些因初始條件、邊界條件、模式本身和人工影響過(guò)程所具有的不確定性量化，提升模式的應(yīng)用能力。

最近幾年，我們也確實(shí)看到了一些明顯的進(jìn)展，如毫米波云雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展。這種短波長(zhǎng)的雷達(dá)對(duì)云的觀測(cè)能力更強(qiáng)，正在不同的觀測(cè)平臺(tái)上開(kāi)始應(yīng)用和試驗(yàn)。結(jié)合偏振、微波及激光等探測(cè)技術(shù)以及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，對(duì)云的探測(cè)和定量化描述的提高將具有重要推動(dòng)作用。在云數(shù)值模式中不斷引入各種云觀測(cè)資料的同化過(guò)程，通過(guò)改進(jìn)云模式初始場(chǎng)中云信息的描述，提高對(duì)云結(jié)構(gòu)及演變過(guò)程的模擬能力。

發(fā)展高分辨率的機(jī)載多普勒、偏振雷達(dá)，將在人工影響天氣領(lǐng)域具有重要的潛在價(jià)值。在成冰劑播云試驗(yàn)中，可以利用偏振雷達(dá)監(jiān)測(cè)云中過(guò)冷水滴如何轉(zhuǎn)變?yōu)楸?。在吸濕性物質(zhì)播撒試驗(yàn)中，可以監(jiān)測(cè)云中大滴的發(fā)展過(guò)程。還可以采用偏振雷達(dá)跟蹤具有反射微波的金屬箔片示蹤物質(zhì)，了解云中播撒物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)、擴(kuò)散過(guò)程。我國(guó)最近幾年在一些試驗(yàn)研究中也采用了偏振雷達(dá)系統(tǒng)，在不斷完善的基礎(chǔ)上，偏振雷達(dá)系統(tǒng)將在我國(guó)人工影響天氣研究和業(yè)務(wù)中發(fā)揮重要作用。

人工影響天氣定量化科學(xué)指標(biāo)缺乏。在人工增雨方面，首先面對(duì)的一個(gè)問(wèn)題是云的可播性問(wèn)題（或播撒窗口問(wèn)題），也就是說(shuō)，對(duì)現(xiàn)有的增雨技術(shù)，要作業(yè)的云有沒(méi)有增雨潛力（黃美元，2011）。對(duì)人工防雹而言，首先要判別是否是冰雹云。自然界的云千變?nèi)f化，就如同很難找到完全相同的兩個(gè)人一樣，自然界中沒(méi)有完全相同的兩塊云。因此，每一次人工影響天氣作業(yè)時(shí)，首先需要對(duì)作業(yè)云系進(jìn)行研究、判別，確定可播性問(wèn)題，或播撒窗口問(wèn)題。由于云的可播撒性存在時(shí)空變化問(wèn)題，如某一個(gè)時(shí)間具有可播性，另一時(shí)間沒(méi)有可播性，或云的某區(qū)域有可播性，而另一區(qū)域沒(méi)有可播性，這造成了實(shí)際操作的極大困難。

播云優(yōu)化技術(shù)的建立是決定播云效果的關(guān)鍵，對(duì)一些關(guān)鍵不確定科學(xué)問(wèn)題的深入探討和理解有利于從根本上提高人影業(yè)務(wù)的科技水平。如何識(shí)別可播性云，確定播撒劑量、時(shí)間、位置，播撒后的響應(yīng)時(shí)間，播撒的覆蓋面和影響體積，播撒物質(zhì)的跟蹤、擴(kuò)散、傳輸?shù)?，這些關(guān)鍵問(wèn)題的解決需要利用現(xiàn)代觀測(cè)和數(shù)值模擬技術(shù)。

為此，建議開(kāi)展以科學(xué)試驗(yàn)為目的的中長(zhǎng)期云降水物理與人工影響天氣研究計(jì)劃，建立針對(duì)我國(guó)不同云系、不同作業(yè)目的的定量化指標(biāo)與評(píng)價(jià)方法。針對(duì)人工影響天氣的作業(yè)對(duì)象和目的，開(kāi)展相關(guān)觀測(cè)技術(shù)研究，特別是偏振雷達(dá)、微波及激光探測(cè)技術(shù)等的應(yīng)用與改進(jìn)研究。建立先進(jìn)的云霧物理室內(nèi)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，開(kāi)展自然云形成和人工影響的定量化模擬實(shí)驗(yàn)。五十多年來(lái)，科學(xué)家對(duì)探索人工影響天氣新理論與技術(shù)的嘗試一直沒(méi)有停止，但并沒(méi)有取得突破性進(jìn)展。目前基于云微物理學(xué)理論的人工影響天氣技術(shù)，雖然具有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，但在一些環(huán)節(jié)仍然存在著較大程度的不確定性，雖然這種不確定性與大氣科學(xué)本身的復(fù)雜性和認(rèn)識(shí)程度密切相關(guān)，但積極探索新的人影技術(shù)途徑，對(duì)有效降低這種不確定性是有科學(xué)和應(yīng)用價(jià)值的。

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