2016, Vol. 35
人工增雨的最终目的就是增加自然云的降水，而自然云降水的形成是一个复杂的过程，降水的物理机制不仅受到宏观的动力、热力等条件的重要影响，还与云的微物理结构特征密切相关。从微物理角度而言，降水的形成涉及到云中不同尺度、不同相态粒子的形成、增长及相互转化等一系列复杂的微物理过程，而且不同地域、不同天气系统下云的微物理结构特征往往存在较大差异。因此，研究不同类型降水云系的宏微观结构特征，对了解降水产生的物理机制，科学开展人工增雨作业具有重要作用。
通过载有云微物理仪器的飞机在云中进行飞行探测是获取云微物理资料的最直接最重要的手段，美国生产的PMS(Particle Measuring System)系列探头是迄今为止应用较为广泛，获取资料比较丰富和准确的一套云微物理探测仪(Miles et al，2000)。国际上从20世纪70年代即开始利用PMS系列仪器开展了不同云系的微物理探测(Hobbs and Radke，1975; Houze et al，1979; Lo and Passarelli，1982)，揭示了云中许多重要的微物理特征。中国自80年代开始使用PMS探头进行云物理探测实验，促进了我国云降水特别是层状云降水的微物理特征认识，例如游来光等(2002)通过对北方层状云系多年的探测研究，得出了一系列具有指导意义的结果。此外，采用机载云物理仪器针对我国不同地区(王广河等，1989; 封秋娟等，2012; 蔡兆鑫等，2013; 张佃国等，2007; 张瑜等，2012; 孙玉稳等，2015; 陈文选等，1999; 张佃国等，2010; 齐彦斌等，2007)降水云系的微物理特征探测研究也得出了一些结果，促进了我国云降水研究的发展。
研究表明(赵仕雄等，2003)，我国西北地区混合性层状云系是进行人工增雨的主要云系。近些年，开展了许多针对西北层状云降水的微物理特征研究，李伦格和德力格尔(2001)利用15架次的飞行探测资料分析了青藏高原东部地区春季人工增雨主要降水云层的微物理结构，指出高原东部春季的混合云系降水强度较大，液水含量较多而粒子浓度和尺度偏小，是进行春季人工增雨催化的最佳对象; 牛生杰等(1992)利用19881989年的飞机探测资料分析了宁夏夏季降水性层状云的微物理特征，发现三类主要降水天气下高层云中云滴浓度基本在102 cm-3量级，平均含水量较大; 李照荣等(2003)利用飞机探测资料对兰州地区秋季5次天气过程层状云系的垂直微物理特征进行了分析，指出在甘肃秋季典型的层状云系中含水量相对较小，云粒子微物理特征垂直分布差异较大，普遍存在的逆温层对云微物理特性和降水有一定影响。此外，一些个例研究(苏正军等，2003; 党娟等，2009; 王黎俊等，2013)也表明，混合云系是西北地区重要降水云系，云系普遍具有分层结构，不同高度云层间有干层存在，对降水有明显影响。这些研究揭示了西北地区降水性层状云系的一些重要的微物理特征。但是由于不同降水云系微物理结构特征的复杂性，对于我国西北地区不同地域的降水性层状云系仍需要开展更多的深入研究。
甘肃省地处我国西北地区，气候干旱，全省年平均降水量远低于全国平均水平，是我国降水最少的省份之一，为缓解干旱状况，开展层状云人工增雨作业是抗旱减灾的重要途径之一，因此为提高人工增雨作业水平，有必要针对甘肃省降水性层状云系的微物理特征进行系统的研究。本文利用2004年6月29日甘肃东南部地区一次层状云系降水过程的飞机探测资料，结合云系的宏观结构特征，详细分析了云系中降水性层积云的垂直和水平微物理结构，研究了云中不同层次云粒子浓度、尺度、形状以及粒子谱分布变化的特征，分析了云系微物理特征对层积云降水的影响。
2 研究方法 2.1 探测仪器介绍本次飞行探测使用的探测平台为改装的An-26型增雨探测飞机，机上安装有PMS粒子测量系统(刘卫国等，2003)，包括气溶胶粒子探头PCASP-100X、前向散射粒子谱探头FSSP-100(以下简称FSSP)、二维灰度云粒子探头OAP-2D-GA2(下称2D-GA2)，二维灰度降水粒子探头OAP-2D-GB2，可探测大气中直径从0. 1～6200 μm的气溶胶、云粒子和降水粒子。
本次探测资料的微物理数据主要取自FSSP和2D-GA2探头。FSSP测量范围0. 5～47 μm，分为15个测量通道，各测量通道取样面积相同; 2D-GA2测量范围25～1550 μm，分为62个测量通道，各测量通道取样面积不同。飞行探测时，FSSP和2D-GA2安装在飞机的同一侧机翼下，其观测数据的相关性较好。
飞机上安装的其他探测仪器还包括机载GPS系统和机载温湿仪，分别提供飞机航迹、飞行高度、空速以及温湿度等数据信息。
2.2 观测数据处理对于FSSP和2D-GA2的探测数据，其各物理量的计算基本相同，主要的区别在于两探头的测量通道数和各通道取样面积。具体计算公式如下:
| ${{V}_{i}}={{s}_{i}}\cdot v\cdot t,$ | (1) |
| $~{{N}_{i}}={{n}_{i}}/{{V}_{i}},$ | (2) |
| $N=\sum\limits_{i=1}^{m}{{{N}_{i}}},$ | (3) |
| $~D=\frac{1}{N}\sum\limits_{i=1}^{m}{\left( {{d}_{i}}\times {{N}_{i}} \right)},$ | (4) |
| $LWC=\frac{\pi }{6}\rho {{D}^{3}}N\times {{10}^{-12}},$ | (5) |
式中: si为探头各通道的取样面积(单位: cm2)，v为真空速(单位: cm·s-1)，t为取样时间(单位: s)，Vi为各通道取样体积，ni和Ni分别为各通道所测粒子个数和数浓度(单位: cm-3)，N为粒子总浓度(单位: cm-3)，D为粒子平均直径(单位: μm)，di为各通道的中值直径(单位: μm)，ρ为液水密度(单位g·m-3)，LWC为计算含水量(单位: g·m-3)，下标i代表探头的第i测量通道，m为探头的测量通道总数(对FSSP，m=15; 对2D-GA2，m
由于飞机上没有安装直接探测云中液态含水量的仪器，文中讨论的含水量均是根据FSSP的探测数据计算而来。由于FSSP在探测中无法区分云滴和冰相粒子，因此当云中含有冰相粒子时，由于不同相态的粒子尺度差异大，其计算的含水量会出现较大误差。不过，由于此次探测的云体绝大部分为纯暖云，仅在云顶附近有冰相存在，因此含水量数据在云中大部分区域可认为是液水含量，但当2D-GA2在云上部探测到冰相粒子时，含水量数据仅作参考。
3 天气过程及飞机探测概况 3.1 天气背景、降水状况及云系演变特征2004年6月29-30日甘肃省经历一次大范围的层状云降水过程。通过29日08:00(北京时，下同)500 hPa高度场和流场(图 1)可以看出，新疆东部有一低槽，冷空气偏北，对甘肃影响较弱(图 1a)。对应时刻500 hPa流场显示(图 1b)，青藏高原西南暖湿气流影响甘肃地区，其中甘肃东南部地区主要受来自四川盆地的暖湿气流影响。结合地面天气图(图略)演变，地面有冷锋影响甘肃地区。可见低槽冷锋是此次降水过程的主要影响系统。
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图 1 2004年6月29日08:00 500 hPa高度场(a，单位: 10 gpm)和流场(b，单位: m·s-1) Figure 1 500 hPa synoptic situation chart(a，unit: 10 gpm)and flow field(b，unit: m·s-1)at 08:00 on 29 June 2004 |
2004年6月29日08:00(北京时，下同)至30日08:00，甘肃省除西北部以外的大部分区域有降水，降水量较大区域主要位于甘肃东南部区域，这些区域的24 h(30日08:00)累积降水均在10 mm以上，部分区域达到中到大雨量级(图 2)。从降水演变看，29日14:00之前甘肃东南部局地有较强的阵性降水，6 h地面累积降水量最大达55 mm(平凉庄浪站); 14:00-20:00，位于飞机探测区域的兰州、临夏站的6 h累积降水分别为0. 3 mm、3 mm。
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图 2 2004年6月30日08:00 24 h地面累积雨量(单位: mm)黑实线框为飞机探测的大致区域 Figure 2 24 hours rainfall at 08:00 on 30 June 2004. Unit: mm. The black line frame in the figure indicates approximate flight range of aircraft |
由29日16:00和18:00红外云图上可见(图 3)，甘肃上空为冷锋云系，以层状云为主，主要云带位于甘肃中部及东南部地区，并缓慢向东移动，飞机探测区域云顶高度较低，以中低云为主。据地面观测数据和飞机宏观记录，云系主要为Ac-Sc结构，上层主要为高积云(Ac)，下层为大范围层积云系(Sc)，层积云下有零散碎云(Fs)。飞机探测数据表明，Sc云云区的垂直范围在3500~5400 m之间(海拔高度，下同)。
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图 3 2004年6月29日16:00(a)和18:00(b)FY-2红外云图黑色方框为飞机飞行大致区域 Figure 3 FY-2 infrared cloud images at 16:00(a)and 18:00(b)on 29 June 2004. The black line frame indicates approximate flight range of aircraft |
本次飞行探测区域为甘肃省东南部地区(图 4)，飞机起飞前，机场天气为阴，有小阵雨。16:20，飞机从兰州中川机场起飞，到兰州市上空做蛇形飞行探测并不断爬升，16:54，飞机爬升至5367 m后转为平飞，此后一直保持在约-5320~5380 m之间进行平飞探测，经临夏、天水、静宁、会宁、白银等地后飞机开始下降，于18:51降落中川机场，共飞行2. 5 h。
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图 4 2004年6月29日飞机探测飞行路线 长虚线框内为飞机起飞段(16:22:2216:54:46)轨迹，点虚线框内为平飞段a(16:58:0017:03:02)的轨迹，实线框内为平飞段b(17:18:0117:23:03)的轨迹 Figure 4 The flight line of aircraft on 29 June 2004. The dash line box indicates takeoff phase(16:22:2216:54:46)track，the dotted line box indicates level flight phase a(16:58:00 17:03:02)track，and the solid line box indicates level flight phase b(17:18:0117:23:03)track |
本次探测的高度范围为1958～5378 m(16:22:22; 17:07:16)，温度区间为-0. 1～17. 5 ℃，0 ℃层高度最低在5173 m(16:51:08)，平均高度5242 m，探测的0 ℃层高度位置与实际探空数据(5361 m)比较接近(参见图 5f)。FSSP观测到的云粒子最大浓度为202. 5 cm-3，最大直径(平均直径，下同)为45. 5 μm;2D-GA2观测到的粒子最大浓度100. 8 cm-3，最大直径为464. 5 μm。宏观记录表明，Ac云与Sc云之间存在干层，但由于飞行高度所限，没有探测到Ac云的数据，干层厚度无法测算。
4 云的微物理特征 4.1 不同高度的微物理量特征 4.1.1 云系结构与云粒子特征参量利用PMS探测资料对云区定义有不同的方法(党娟等，2009; 游来光，1994; Yum and Hudson，2002; 房文，2008)，但基本上是参照FSSP的测量数据，本文云区划分主要参照Yum and Hudson(2002)和党娟等(2009)的方法，综合考虑FSSP所测粒子浓度及粒子谱情况，即FSSP云滴浓度大于1 cm-3且FSSP粒子谱1～4通道(2～14 μm)有连续测值时确定为云区。
图 5为飞机起飞段所测云系不同高度的云物理参数特征(图 5a中方框对应不同云层的粒子图像特征，即A类有很多大云滴和少量雨滴，B类有大量小云滴和少量大滴，C类有较多的雨滴，D类有柱状冰晶、霰粒和大云滴)。飞机起飞段水平距离跨度约30 km左右，其观测数据可认为反映了云系不同高度的云物理参数特征，具体探测数据统计见表 1。本次探测的Sc云云底高度3506 m(16:27:48)，温度3. 8 ℃，因为云底高度较高，对降水及地不利。起飞段探测的云顶高度为5321 m(16:52:36)，温度0. 1 ℃，0 ℃层高度5173 m(16:51:08)，云顶温度高于零度是由于在0 ℃层上方存在逆温(逆温强度0. 26 ℃·(100m)-1)造成的。不同高度云微物理特征显示，4700 m以上，Sc云中粒子浓度、尺度、含水量起伏变化较小，4700 m以下，各特征参量起伏变化大; 在约3700 m(16:28:2416:28:46)和4200 m(16:31:2616:31:50)左右存在两个小的云体间隙，云体间隙内粒子浓度很低，主要以大粒子为主(平均直径最大可达230 μm); Sc云底下方有降水粒子落出。总体上，FSSP所测Sc云下部粒子浓度高于上部; 云中含水量和2D-GA2粒子浓度有随高度递增趋势; Sc云中含水量较大，近一半云层中的含水量达0. 1 g·m-3以上，暖层最大含水量为0. 34 g·m-3(16:49:44，4919 m，0. 9 ℃)。在4494～4826 m(16:35:5216:49:01)高度区间，飞机是在兰州上空作蛇形探测飞行，飞行高度有一定起伏，造成在同一高度的不同水平区域，仪器取得同一物理量的多个测值，图中该高度段曲线所示为各物理量在对应高度多个测值的平均值。
由图 5f可知，在云底部3540～3854 m(16:28:0016:29:07)之间有一较强的逆温层存在，温度垂直递增率为0. 66 ℃·(100m)-1; 飞机探测的逆温层位置与图中所示实际探空数据接近。云底逆温层内粒子特征有较大起伏变化，在逆温层的下部及逆温层顶附近，两探头均可观测到粒子浓度及含水量峰值出现(图 5a、c、d)，而在逆温层中部，浓度和含水量迅速减少，粒子直径出现峰值，李照荣等(2003)、杨文霞等(2014)对甘肃和河北层状云系的观测中也发现类似特征，并认为云底逆温层的影响具有重要作用。
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图 5 飞机起飞段探测的云系不同高度处粒子特征 (a)FSSP粒子浓度，(b)FSSP粒子直径，(c)FSSP计算含水量，(d)2D-GA2浓度，(e)2D-GA2直径，(f)温度. 图(a)中方框对应不同云层的粒子图像特征，即A类: 很多大云滴和少量雨滴，B类: 大量小云滴和少量大滴，C类: 较多的雨滴，D类: 柱状冰晶、霰粒和大云滴;图(f)中实线为飞机探测温度，虚线为当日20:00兰州附近榆中站的探空温度曲线 Figure 5 The particles characteristic at different height of cloud system in aircraft takeoff phase. (a)Particle number concentration，(b)particle diameter，(c)computed liquid water content come from FSSP probe，(d)particle number concentration，(e)particle diameter come from 2D-GA2 probe，(f)temperature. The boxes in Fig. 5a indicate particle images detected at different height，namely Type A-many big cloud droplets and a few raindrops，Type B-a great many of small cloud droplets and a few big cloud droplets，Type C-many raindrops，Type D-column ice crystals，graupels and big cloud droplets. The solid line and dash line in Fig. 5 f respectively indicate temperature measured by aircraft and sounding at 20:00 on 29 June 2004 in Yuzhong station near Lanzhou city |
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表 1 起飞段探测数据统计 Table 1 The statistics for data measured by probes in takeoff phase of aircraft |
图 6为不同高度探测到的粒子二维图像。由于本次探测高度主要在0 ℃层以下，因此二维图像主要为液滴，但在云顶附近可以观测到较多的冰相粒子存在。整个Sc云层的不同高度处，云粒子的形态特征是有差别的，不同层次的粒子图像特征表明，在Sc云中普遍存在大滴，在云滴和大滴共存的云层下方可观测到较多的大滴出现(A类，图 6a)，说明在云内暖云过程是普遍存在的。在Sc云中部可观测到较多的雨滴(C类，图 6c)出现，直径大多在数百微米以上，最大粒子的直径超过2D-GA2最大量程，而从暖云降水的特征上看，仅靠云滴的碰并增长是较难达到如此尺度的(盛裴轩等，2003)。此次探测，在云顶附近和云顶上方均可探测到冰相粒子(D类，图 6d)，部分区域可看到较大的霰粒(图 9)，而冰相粒子在暖层的融化，可为Sc云提供较大液滴并增强云中的碰并。
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图 6 2D-GA2观测的不同云层高度处粒子二维图像分布 (a)A类，(b)B类，(c)C类，(d)D类 Figure 6 The particle images detected by 2D-GA2 probe at different flight levels. (a)Type A，(b)Type B，(c)Type C，(d)Type D |
综合上述可知，在Sc云顶附近存在冰相和液相共存的情况，而且，考察整个探测过程中云顶附近的粒子图像数据表明，这种情况也是较为普遍的。推测这些冰相粒子的来源有两种可能: 一种是在Sc云中，探测区域有部分云区云顶高度较高，或者云区曾发展到较高高度，形成冰相粒子; 另一种可能来源是上层Ac云，Ac云中的冰晶落出云底，最终进入下层的Sc云，但是由于Sc云和Ac云之间存在干层，这种机制会受到一定的抑制。无论那种来源，Sc云顶附近冰液两相共存的现象说明，在Sc云上部存在一定的冷云过程，来自过冷层的冰相粒子在暖区融化为雨滴或大云滴，有利于增强Sc云中的暖云过程，促进云水向降水的转化。
4.1.3 不同高度的粒子谱粒子的谱形变化也反映了云中粒子的成长变化情况，通过Sc云中不同高度处的平均粒子谱分布情况(图 7)可以看出，各谱线分别取自云下部的逆温层区(图 7a)、云中部(图 7b)和云上部(图 7c)，谱线特征主要为单峰或双峰分布，所有谱线均在谱线大粒子段表现出粒子浓度上升的趋势。
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图 7 FSSP和2D-GA2探测的不同高度处平均粒子谱合成分布 (a)云底逆温层区，(b)云中部区域，(c)云上部区域 Figure 7 The whole average spectrum measured by FSSP and 2D-GA2 probes at different flight levels. (a)Inversion layer of cloud bottom，(b)middle layer of cloud，(c)upper layer of cloud |
图 7a粒子谱显示，对直径低于150 μm的液滴，逆温层的上部和下部(谱线1、3)的浓度明显高于逆温层中部(谱线2)，峰值浓度最大相差近2个量级，此外，与该层上部和下部相比，逆温层中部谱线的浓度峰值直径也较小; 而对于尺度大于150 μm的粒子，其数浓度在整个逆温层则没有太大的差异。可见，云底的逆温层对云滴尺度的粒子垂直分布有明显影响，造成云滴在逆温层上部和下部出现累积，而逆温对较大粒子(如小雨滴)分布特征的影响则不明显。
比较图 7中粒子谱宽可发现，在Sc云下部和中部云层，粒子谱向大粒子端拓宽，谱宽总体上要宽于Sc云上部的粒子谱。此外，图 7a、b的粒子谱形显示，200 μm以上粒子浓度有增加的趋势，特别是在4200 m(谱线5)和4500 m(谱线6)左右，在大粒子段出现第二峰值，峰值直径达到400 μm(谱线5)和276. 9 μm(谱线6)。上述谱形特征说明，Sc云的中部碰并增长作用较强，有利于大液滴的形成。
从图 7c可看到，在Sc云上部，50 μm以下云滴的最大峰值直径均达到20 μm左右，其中谱线7、8(对应云层温度1. 3~1. 8 ℃)的FSSP云滴谱出现双峰分布，第二峰值直径21. 5 μm。图 7c所有谱线中，>100 μm的粒子段浓度量值接近，而且高于其下层粒子(图 7a、b)的浓度。上述特征表明，在这些云层小云滴有较强的凝结增长、也存在大滴(大云滴、小雨滴)的碰并增长作用; 此外由于接近Sc云云顶，由上层Ac云中落下的冰相粒子融化也会增加大滴浓度。
4.2 云微物理量的水平分布特征 4.2.1 云粒子分布及形态特征根据宏观记录，各平飞段在云中探测的位置在云顶附近，具体探测数据见表 2。从飞机不同高度处平飞时FSSP和2D-GA2探测的粒子浓度、直径随时间的变化(图 8)中可以看出，水平方向不同云区的粒子特征参量具有起伏变化，且不同云区表现出的变化特征也有区别。
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表 2 飞机平飞段探测数据统计 Table 2 The statistics for data measured by probes in level flight phases of aircraft |
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图 8 飞机不同高度处平飞时FSSP和2D-GA2探测的粒子浓度(实线)、直径(虚线)随时间的变化(6 s平滑数据) (a)平飞段a中FSSP观测数据，(b)平飞段a中2D-GA2观测数据，(c)平飞段b中FSSP观测数据，(d)平飞段b中2D-GA2观测数据. 图中的1、2、3、4对应不同的时间段 Figure 8 The horizontal change(6s smoothed data)of particles’ number concentration(solid line)and diameter(dashed line)measured by FSSP and 2D-GA2 probes when aircraft flight at different heighth. (a)FSSP data in level flight a, (b)2D-GA2 data in level flight a, (c)FSSP data in level flight b, (d)2D-GA2 data in level flight b.The digits 1, 2, 3, 4 represent different periods of time |
图 8a中，物理量起伏变化较大，特别是时间段2内两探头所测粒子特征均有较大波动，仪器所测的粒子二维图像也显示该段存在较多冰相粒子，从飞行高度上看，这部分区域已经接近云顶。平飞段b的粒子特征变化起伏相对较小，特别是FSSP所测云滴浓度的波动较小。图 8b中，FSSP所测粒子直径大部分(参见时间段4)在25 μm左右，2D-GA2所测粒子直径大部在40 μm左右，表明在这一区域云滴的尺度较大，这可能是由于该区域云滴的凝结碰并较为活跃，且冰相粒子融化也形成了较多大滴，造成大云滴浓度较高。水平方向云粒子特征的变化说明，云层水平方向不同区域的发展并不均匀，即粒子的形成和增长条件也有差别。
二维粒子图像表明，在云顶附近很多区域均可观测到冰相粒子(图 9)，部分区域冰相粒子尺度较大及数量较多(图 9b、c)，其中包括较大的霰粒以及雪晶的部分图像，一些霰粒融化已接近圆形。从图 9可看到，尺度在100 μm以上的液滴普遍存在，一些大滴的尺度可达数百微米(图 9d)。大滴的存在有利于促进云滴碰并增长，而且云顶附近冰相粒子融化也会增强这一机制。
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图 9 平飞段中2D-GA2所测粒子二维图像分布 (a)取自时间段1的粒子图像，(b)、(c)取自时间段2的粒子图像，(d)取自时间段3的粒子图像，(e)取自时间段4的粒子图像. 时间段1、2、3、4是指图 8中的相应时间段 Figure 9 The particle images detected by 2D-GA2 in level flight phases. cloud partical image from (a)1st time period，(b)and(c)2nd time period，(d)3st time period，(e)4th time period. Time period from 1st to 4th corresponding to those of Fig. 8 |
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图 10 平飞段中FSSP和2D-GA2所测平均粒子谱合成分布 (a)平飞段a的粒子谱，(b)平飞段b的粒子谱 Figure 10 The whole average spectrums measured by FSSP and 2D-GA2 probes in level flight phases. (a)Spectrums from level flight a，(b)spectrums from level flight b |
从粒子尺度谱分布特征可看到，平飞段粒子谱呈现出双峰、单峰以及多峰分布。谱线2、3取自图 8中时间段2，粒子谱较宽，呈双峰分布，第二峰值接近1500 μm，主要由冰相粒子组成(图 9b、c)。谱线4取自图 8中时间段3，成多峰分布，谱宽较宽，第二峰值直径达到253 μm，1000 μm以上存在另一峰值，从图 9d可知，第二峰值主要由云中的大滴形成。除谱线2~4外，取自其他平飞区域的粒子谱均呈单峰分布，谱宽略窄，但在30～200 μm范围内，其粒子浓度要高于谱线2～4，这些谱线的峰值直径大部分在10 μm以上，最大值达24. 5 μm。综所上述，在平飞探测段，云层中云滴尺度较大，一些云区存在较多的冰晶和大液滴，有利于促进云中粒子的碰并增长，增强暖云过程。
5 结论(1) 此次云系主要分为两层，上层为Ac云，云底高度在0 ℃层以上，为纯冷云; 下层为Sc云，云底高度为3506 m，温度3. 8 ℃，云顶高度在0 ℃附近。Ac云和Sc云间存在干层。
(2) 本次探测中，FSSP所测云粒子最大浓度为202. 5 cm-3，最大直径为45. 5 μm; 2D-GA2所测云粒子最大浓度100. 8 cm-3，最大直径为464. 5 μm。 Sc云中含水量较大，暖区最大液水含量达0. 34 g·m-3。
(3) Sc云中微物理量垂直及水平分布具有明显的不均匀性。Sc云区下层粒子特征参量起伏变化大，上层起伏变化小; 云中含水量和大粒子(2D-GA2)浓度随高度升高有递增趋势。同一高度区域的粒子大小、形状、浓度、谱形存在差别，表明即使在云区同一高度，不同水平区域的粒子形成和增长条件也有差异。
(4) Sc云底有逆温层存在，逆温强度达0. 66 ℃·(100m)-1，较强的逆温层对云滴的垂直分布特征造成一定影响，使得云滴在逆温层顶附近和下部出现累积，含水量增大，但逆温对较大尺度粒子的垂直分布没有明显影响。
(5) Sc云中普遍存在暖雨过程，以中层最为活跃，在云顶附近有冰相粒子，存在冷云过程，这会增强Sc云中云水的碰并，促进云水向降水粒子的转换，有利于降水形成。
以上的观测分析结论只是初步的，对于该地区的典型层状云系及其微物理结构的特征，仍需要做更多的综合观测研究。
| Hobbs P V, Radke L R. 1975. The nature of winter clouds and precipitation in Cascade Mountains and their modification by artificial seeding Part II:Techniques for the physical evaluation of seeding[J]. J Appl Meteor, 14 (5): 805–818. DOI:10.1175/1520-0450(1975)014<0805:TNOWCA>2.0.CO;2 | |
| Houze R A, Hobbs P V, Herzegh P H, et al. 1979. Size distributions of precipitation particles in frontal clouds[J]. J Atmos Sci, 36 (1): 156–162. DOI:10.1175/1520-0469(1979)036<0156:SDOPPI>2.0.CO;2 | |
| Lo K K, Passarelli R E. 1982. The growth of snow in winter storms:An airborne observational study[J]. J Atmos Sci, 39 (4): 697–706. DOI:10.1175/1520-0469(1982)039<0697:TGOSIW>2.0.CO;2 | |
| Miles N L, Verlinde J, Clothiaux E E. 2000. Cloud droplet size distributions in low-level stratiform clouds[J]. J Atmos Sci, 57 (2): 295–311. DOI:10.1175/1520-0469(2000)057<0295:CDSDIL>2.0.CO;2 | |
| Yum S S, Hudson J G. 2002. Maritime/continental microphysical contrasts in stratus[J]. Tellus, 54B : 61–73. | |
| 蔡兆鑫, 周毓荃, 蔡淼. 2013. 一次积层混合云系人工增雨作业的综合观测分析[J]. 高原气象 , 32 (5): 1460–1469. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2012.00115 Cai Zhaoxin, Zhou Yuquan, Cai Miao. 2013. Analysis on comprehensive observation of artificial precipitation enhancement operation for a convective-stratiform mixed cloud[J]. Plateau Meteor, 32 (5): 1460–1469. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2012.00115 | |
| 党娟, 王广河, 刘卫国. 2009. 甘肃省夏季层状云微物理特征个例分析[J]. 气象 , 35 (1): 24–36. Dang Juan, Wang Guanghe, Liu Weiguo. 2009. A case analysis on microphysical characteristics of summer stratiform cloud in Gansu Province[J]. Meteor Mon, 35 (1): 24–36. | |
| 陈文选, 王俊, 刘文, 等. 1999. 一次冷涡过程降水的微物理机制分析[J]. 应用气象学报 , 10 (2): 190–198. Chen Wenxuan, Wang Jun, Liu Wen, et al. 1999. Analysis of the microphysical precipitation mechanism for a cold vortex process[J]. Appl Meteor Sci, 10 (2): 190–198. | |
| 房文. 2008. 气溶胶对云和降水影响的研究[D]. 南京:南京信息工程大学, 39-40. Fang Wen. 2008. Effect of aerosol on cloud and precipitation[D]. Nanjing:Nanjing University of Information, 39-40. | |
| 封秋娟, 李培仁, 晋立军, 等. 2012. 山西夏季层积云降水微物理特征分析[J]. 高原气象 , 31 (2): 538–546. Feng Qiujuan, Li Peiren, Jin Lijun, et al. 2012. Analysis on microphysical characteristic of stratocumulus precipitation in Shanxin province in Summer[J]. Plateau Meteor, 31 (2): 538–546. | |
| 李仑格, 德力格尔. 2001. 高原东部春季降水云层的微物理特征分析[J]. 高原气象 , 20 (2): 192–196. Li Lunge, De Ligeer. 2001. Analyses of Microphysical features for Spring precipitation cloud layers in east of Qinghai[J]. Plateau Meteor, 20 (2): 192–196. | |
| 李照荣, 李荣庆, 李宝梓. 2003. 兰州地区秋季层状云垂直微物理特征分析[J]. 高原气象 , 22 (6): 583–589. Li Zhaorong, Li Rongqing, Li Baozi. 2003. Analyses on vertical microphysical characteristics of Autumn startiform cloud in Lanzhou region[J]. Plateau Meteor, 22 (6): 583–589. | |
| 刘卫国, 苏正军, 王广河, 等. 2003. 新一代机载PMS粒子测量系统及应用[J]. 应用气象学报 , 14 (suppl): 11–18. Liu Weiguo, Su Zhengjun, Wang Guanghe, et al. 2003. Development and application of new-generation airborne particle measuring system[J]. Appl Meteor Sci, 14 (suppl): 11–18. | |
| 牛生杰, 马铁汉, 管月娥, 等. 1992. 宁夏夏季降水性层状云微结构观测分析[J]. 高原气象 , 11 (3): 241–248. Niu Shengjie, Ma Tiehan, Guan Yuee, et al. 1992. Observation analysis of the microstructures of precipitation sheet clouds in Summer over Ningxia[J]. Plateau Meteor, 11 (3): 241–248. | |
| 齐彦斌, 郭学良, 金德镇. 2007. 一次东北冷涡中对流云带的宏微物理结构探测研究[J]. 大气科学 , 31 (4): 621–634. Qi Yanbin, Guo Xueliang, Jin Dezhen. 2007. An observational study of macro/microphysical sturctures of convective rainbands of a cold vortex over Northeast China[J]. Chinese J Atmos Sci, 31 (4): 621–634. | |
| 盛裴轩, 毛节泰, 李建国, 等. 2003. 大气物理学[M]. 北京: 北京大学出版社, 345. Sheng Peixuan, Mao Jietai, Li Jianguo, et al. 2003. Atmospheric physics[M]. Beijing: Peking University Press , 345. | |
| 苏正军, 王广河, 刘卫国, 等. 2003. 青海省春季降水云的微物理特征分析[J]. 应用气象学报 , 14 (suppl): 36–40. Su Zhengjun, Wang Guanghe, Liu Weiguo, et al. 2003. Micro-structure analysis of Spring precipitable clouds in Qinghai province[J]. Appl Meteor Sci, 14 (suppl): 36–40. | |
| 孙玉稳, 李宝东, 刘伟, 等. 2015. 河北秋季层状云物理结构及适播性分析[J]. 高原气象 , 34 (1): 237–250. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2013.00172 Sun Yuwen, Li Baodong, Liu Wei, et al. 2015. Study on physical structure of Hebei stratiform clouds in Autumn and its seedability condition[J]. Plateau Meteor, 34 (1): 237–250. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2013.00172 | |
| 王广河, 游来光. 1989. 乌鲁木齐冬季冷锋云带和锋下层积云的降水微物理结构特征及其降雪特征[J]. 气象 , 15 (3): 15–19. Wang Guanghe, You Laiguang. 1989. The microphysical structures and precipitation characteristics of the cloud zone over a wintertime cold front and stratocumulus under ist in Urumqi[J]. Meteor Mon, 15 (3): 15–19. | |
| 王黎俊, 银燕, 李仑格, 等. 2013. 三江源地区秋季典型多层层状云系的飞机观测分析[J]. 大气科学 , 37 (5): 1038–1058. Wang Lijun, Yin Yan, Li Lunge, et al. 2013. Analyses on typical autumn multi-layer strtiform clouds over the Sanjiangyuan national nature reserve with airborne observations[J]. Chinese J Atmos Sci, 37 (5): 1038–1058. | |
| 杨文霞, 周毓荃, 孙晶, 等. 2014. 一次西风槽过程过冷云水分布特征观测研究[J]. 气象学报 , 72 (3): 583–595. Yang Wenxia, Zhou Yuquan, Sun Jing, et al. 2014. Observational studies of distribution characteristics of supercooled cloud water during a westerly through process[J]. Acta Meteor Sinica, 72 (3): 583–595. | |
| 游来光. 1994. 利用粒子测量系统研究云物理过程和人工增雨条件 : 236–249. You Laiguang. 1994. The study of cloud physical processes and artificial precipitation conditions by Particle Measuring System : 236–249. | |
| 游来光, 马培民, 胡志晋. 2002. 北方层状云人工降水试验研究[J]. 气象科技 , 30 (suppl): 19–56. You Laiguang, Ma Peimin, Hu Zhijin. 2002. Northern stratiform cloud artificial rainfall experiments[J]. Meteor Sci and Tech, 30 (suppl): 19–56. | |
| 张佃国, 郭学良, 付丹红, 等. 2007. 2003年8~9月北京及周边地区云系微物理飞机探测研究[J]. 大气科学 , 31 (4): 596–610. Zhang Dianguo, Guo Xueliang, Fu Danhong, et al. 2007. Aircraft observation on cloud microphysics in Beijing and its surrounding regions during August-September 2003[J]. Chinese J Atmos Sci, 31 (4): 596–610. | |
| 张佃国, 樊明月, 龚佃利, 等. 2010. 一次降水性积层混合云系的微物理特征分析[J]. 大气科学学报 , 33 (4): 496–503. Zhang Dianguo, Fan Mingyue, Gong Dianli, et al. 2010. An analysis of microphysical characteristics on precipitation cumulus-strtus mixed clouds system[J]. Trans Atmos Sci, 33 (4): 496–503. | |
| 张瑜, 银燕, 石立新, 等. 2012. 2007年秋季河北地区云微物理结构的飞机探测分析[J]. 高原气象 , 31 (2): 530–537. Zhang Yu, Yin Yan, Shi Lixin, et al. 2012. Analysis of cloud microphysics structure over Hebei region during Autumn of 2007[J]. Plateau Meteor, 31 (2): 530–537. | |
| 赵仕雄, 德力格尔, 涂多彬. 2003. 黄河上游降水云层对流特性及降水微结构机制研究[J]. 高原气象 , 22 (4): 385–392. Zhao Shixiong, De Ligeer, Tu Duobin. 2003. Numerical simulation of microphysical character of convective cloud precipitation in upper reach of Yellow River[J]. Plateau Meteor, 22 (4): 385–392. |