积层混合云是中国主要降水云型, 在冷锋、梅雨锋、冷涡、地形云等多种天气系统中都会出现。华北地区低槽、冷锅、冷锋、回流等降水天气系统中都可能出现积层混合云。

针对积层混合云, 国内外学者开展了大量的观测和数值模拟研究。Matejka et al(1980), Hobbs et al(1990)和Evans et al(2005)观测发现, 层云中嵌入对流单体使液态水浓度比周围的层云高, 且具有一定的上升速度, 可以产生更多的冰晶; Herzegh et al(1980), Houze et al(1981)和Rutledge et al(1983)研究发现在云中垂直速度不同的情况下, 可以增加20%~35%的降水量; Hobbs et al(1978)研究发现积层混合云降水往往分布不均匀, 嵌入式对流单体下方降水量一般明显比周围区域高, 造成“雨核”现象。Frederic et al(1993)利用多种雷达资料和标准气象仪器资料分析了层云降水对浅对流泡的影响; Frederic et al(1993)利用数值模拟研究发现镶嵌在层状云中的对流云发展更旺盛, 生命史更长, 降水效率更高。黄美元等(1987a)利用雷达观测资料等分析了暴雨积层混合云的基本特征及其与降水的关系; 洪延超(1996a, 1996b)和黄美元等(1987b)利用二维时变积云降水模式讨论了积层混合云中层状云对对流云发展和降水的影响, 并得出积层混合云是一种非常有效的降水系统。

近年来我国北方普遍开展人工影响天气业务, 积层混合云是飞机作业的重要天气系统而受到人工影响天气工作者的重视。陶玥等(2015)用中国气象科学研究院CAMS中尺度云分辨模式模拟积层混合云系结构和水分收支情况估算降水效率, 得出层云中对流可提高降水效率等; 朱士超等(2015)对积层混合云微物理和降水特征的数值模拟与飞机观测对比研究, 发现模式模拟的云中液态水含量(LWC)与飞机观测值具有较好的一致性; 师宇等(2017)对冬季冷性层状云降水过程进行数值模拟和人工增雨催化数值实验, 模拟的自然降水分布和实测结果一致, 不同的催化试验都可以使地面雨量增加。栾澜等(2017)利用WRF模式模拟青藏高原一次对流降水过程, 将模式结果与实测资料进行对比, 进一步了解了不同微物理和边界层参数化方案组合对降水过程模拟的差异。党娟等(2016)利用飞机云微物理探测资料对降水性层积云系微物理特征进行分析发现云顶附近冰相粒子的存在对云中暖云过程具有增强作用。前人研究表明积层混合云是一种有效的降水系统, 层云中对流可提高降水效率。

太行山东麓地区位于太行山脉以东, 北起永定河, 南至河南北部卫河上游。区内有黄壁庄、岗南两个大型水库及多个小型水库, 永定河、唐河、滹沱河、漳河等是保定、石家庄、邢台、邯郸等城市重要水源。该区域地势西高东低, 深山区海拔在1000 m以上, 低山丘陵区海拔在200~1000 m; 山前平原或盆地海拔在100~200 m。该区域层状云降水多由西南暖湿气流抬升形成的, 西南暖湿气流受到地形影响发生扰动或自身扰动出现局部对流, 积层混合云是区域内常见的降水云, 积层混合云是飞机增雨作业的重点云型。但是云内闪电严重影响飞机安全, 通常情况下由于担心积层混合云内出现闪电, 飞机不在雷达回波强度超过35 dBZ区域飞行作业, 但大量雷达观测资料表明太行山东麓地区积层混合云中最强雷达回波强度通常超过35 dBZ, 飞行安全与飞机增雨业务发生矛盾, 如何保障飞行安全前提下提高人工增雨效果, 这就提出了一个严肃的课题——这种积层混合云是否适合飞机增雨作业？什么情况下能够作业？本文试图通过研究太行山东麓地区积层混合云微物理结构, 了解云内过冷水分布以及冰雪晶发生、发展的一些特点, 进一步了解云内相态及其转换的规律, 以解决人工增雨作业中的关键性问题。

2017年5月22日是一次明显的“低槽冷锋”天气系统, 利用河北省人工影响天气办公室在太行山东麓进行的5次云垂直探测资料, 研究了积层混合云微物理结构, 分析层云中对流核对云微物理结构的影响及作业条件。

机载探测:机载粒子探测系统包括DMT公司CDP探头, 测量粒子直径范围为2~50 μm的粒子; CIP探头, 测量粒子直径范围25~1550 μm。SPEC公司2DS探头测量粒子直径范围10~1280 μm; HVPS-3探头, 探测粒径范围为150~19200 μm。AIMMS-20机载气象探测系统; Nevzorov热线式含水量仪, 可以实测云内液态水含量和冰水含量; 以及露点仪和GPS定位等设备。

另外还有天气资料、石家庄多普勒天气雷达(SA波段)资料; 皇寺观测站Ka波段云雷达等资料。

2017年5月22日08:00(北京时, 下同)是一次“低槽冷锋”降水天气系统, 500 hPa多短波扰动, 高空槽东移过程中发展加强, 华北处于槽前正涡度平流区; 中低层存在明显的锋区, 在700 hPa和850 hPa存在偏北与西南的风切变, 风场、温度场交角较大, 有明显的冷平流自北向南影响华北大部分地区。20:00, 锋区进一步南压, 850 hPa风速达到了12 m·s^-1, 降水随风切变迅速南压, 移到了华北东部和南部, 入夜后, 主雨带减弱东南移出华北。地面图上, 气压场表现为“北高南低”, 锋面沿西北路径侵入华北, 西南暖湿平流在高空槽前部的冷锋锋面上抬升形成了深厚的积层混合云降水[图 1, 此图及下文所涉及的地图是基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为GS(2016)1552号的中国地图制作, 底图无修改]。

图 1(Fig. 1)

图 1 2017年5月22日08:00 (a), 20:00 (b)高空形势和08:00地面形势图(c) Fig. 1 The high aititude situation of 500 hPa at 08:00 (a) and 20:00 (b), and the ground situation at 08:00 (c) on 22 May 2017

飞机15:03从正定机场起飞, 15:11上升至3627 m, 平飞至太行山东麓区域; 15:37—15:53在邢台西部1区对云进行第一次垂直上升探测(1区地面布设云雷达等观测设备), 高度为2000~7259 m; 7056 m高度平飞到邯郸西部2区, 16:09—16:23在2区对云进行了第二次垂直下降探测, 高度为7056~2106 m; 2111 m高度平飞到邯郸西部3区, 16:31—16:48在3区对云进行了第三次垂直上升探测, 高度为2000~7304 m; 7239 m高度平飞到邢台西部4区, 17:27—17:39在4区对云进行第四次垂直下降探测(1区附近), 高度为7239~2059 m; 2056 m高度平飞到邢台西部5区, 17:49—18:04在5区对云进行第五次垂直上升探测(1区附近), 高度为2056~7256 m; 飞机于18:32降落至正定机场(图 2)。

图 2(Fig. 2)

图 2 2017年5月22日飞机探测航线 Fig. 2 The aircraft sounding route on 22 May 2017

利用5次云垂直探测期间天气雷达、Ka波段云雷达资料综合分析, 1垂直探测区域内层状云夹杂有小的对流云核[图 3(a)], 2垂直探测区域位于大片对流云核的积层混合云雨核发展成熟期[图 3(b)], 3垂直探测区域位于层状云区对流云核前部边缘[图 3(c)], 4、5垂直探测区域均位于稳定层状云中[图 3(d)~(e)]。从图 3中可以看出, 雷达回波呈西南至东北走向, 云内出现片状强度为35 dBZ的雷达回波区, 最强回波达45 dBZ。从面积不一强度为35~45 dBZ雷达回波分布看, 太行山东麓地区积层混合云的发展不均衡, 云内出现大小、强弱不同的对流。从图 3(f)可以看出, 1区回波强度小于35 dBZ, 4000 m以上高度回波强度均小于25 dBZ; 2区和3区回波强度最强达40 dBZ, 但4000 m以上高度小于30 dBZ; 4区和5区回波强度皆小于25 dBZ。

图 3(Fig. 3)

图 3 垂直探测时刻雷达回波与飞行轨迹叠加图 Fig. 3 The map of weather radar and flight trajectory at vertical detection moments

为分析“低槽冷锋”降水系统云系结构、云顶高度、云内液态水含量特征, 用设置在邢台皇寺观测站的Ka波段云雷达观测资料反映积层混合云发展演变的全过程。从Ka波段云雷达观测资料[图 4(a)]发现, 13:35—14:05出现浓密云层, 云高直达10000 m; 之后云顶高度下降, 最低降至4000 m; 15:30开始云再次发展, 云顶抬升到8000 m左右; 至次日01:30, 云基本移出皇寺观测站。云内对流可使云顶高度抬升约2000 m。Ka波段云雷达回波强度显示中间有一条分界线将云分为上下两层, 上层为冷云, 下层为暖云, 该分界线起始高度为4000 m, 随降雨时间延长, 分界线高度逐步降到4000 m附近。主要因为冷云降雨压低了融化层高度, 与飞机实测0 ℃层高度相吻合。Ka波段云雷达含水量监测与飞机实测含水量整体有较大差异, 但它反映了云水含量的变化趋势, 即降雨初期(13:35—14:05), 云水含量较高, 冷层为0.5~1 g·m^-3, 暖层为1~4 g·m^-3; 15:30至次日01:30云水含量下降, 且最大云水含量在云底达最大4 g·m^-3, 冷层含水量小于0.5 g·m^-3, 暖层为0.5~4 g·m^-3。分析认为, 降水初期西南风较强, 云内对流剧烈; 中后期西南风减弱, 云内对流减弱。天气雷达监测资料显示, 降雨初期飞机探测区域内先后出现高达45 dBZ的强雷达回波, 临近的邢台地面雨量站资料显示5 min降水量从0.2 mm迅速跃升到1.5 mm[图 4(b)]。综上分析, 在“低槽冷锋”降水系统中可能出现云高达10000 m, 雷达回波达45 dBZ的对流雨核, 但大部分地区雷达回波最高40 dBZ, 属于稳定性积层混合云, 飞机增雨作业应在最强雷达回波小于40 dBZ, 且4000 m以上雷达回波不超过30 dBZ的积层混合云中实施作业。

图 4(Fig. 4)

图 4 Ka波段云雷达回波、液态水含量与5 min降水量随时间变化 Fig. 4 Time series of Ka-band cloud radar, liquid water content and 5 minutes of precipitation

为分析积层混合云中对流雨核对云粒子浓度、粒子谱、冰水总量、液态水含量及温度的垂直分布的影响, 将处于弱对流(1区)、强对流(2区)、强对流边缘(3区)和层状云(4区和5区)中的云粒子浓度、粒子谱、冰水总含量、液态水含量及温度的垂直分布(图 5~9)进行对比分析。文中当CDP探头观测到的云粒子浓度大于10⁴ L^-1、热线含水量仪观测到的液态水含量≥0.01 g·m^-3时则判定云的出现(孙玉稳等, 2015, 2017)。从图 5~9中可以看出, 云内0 ℃层在3900 m附近, 0 ℃层上下云粒子浓度均出现极值; 从云粒子浓度最大值可以看出, 2区和3区云粒子浓度最大值最高, 在50×10⁴~58×10⁴ L^-1之间; 1区为30×10⁴ L^-1; 4区和5区云粒子浓度最大值较低, 在16×10⁴~18×10⁴ L^-1之间; 可见云粒子浓度最大值随云内对流产生及对流增强而提高。从云粒子垂直分布看, 5次观测都呈现分层特征, 但云粒子高浓密区主要在0 ℃层附近, 其上层云粒子浓度明显降低, 比较1区、2区和3区可以看出, 尽管2区和3区云内云粒子浓密最大值比1区高, 但在5500 m以上云粒子浓度稀少, 分析其主要原因是由于对流较强, 4000 m附近云粒子主要为直径在10 μm以下的小云粒子, 5500 m以上云粒子直径增大, 10 μm以下的小云粒子浓度急剧下降。在云粒子高浓度层下方出现低浓度层, 如3区2000~2900 m、4区的2600~3200 m, 反映了镶嵌雨核的云和层云一样出现云粒子的不连续分布。

图 5(Fig. 5)

图 5 1区云粒子浓度、温度、液态水含量、总水总含量及粒子谱垂直要素变化 Fig. 5 The vertical profiles of cloud particle concentration, temperature, measured liquid water content, measured total water content, particle concentration spectrum in the First Area

图 6(Fig. 6)

图 6 2区云粒子浓度、温度、液态水含量、总水总含量及粒子谱垂直要素变化 Fig. 6 The vertical profiles of cloud particle concentration, temperature, measured liquid water content, measured total water content, particle concentration spectrum in the Second Area

图 7(Fig. 7)

图 7 3区云粒子浓度、温度、液态水含量、总水总含量及粒子谱垂直要素变化 Fig. 7 The vertical profiles of cloud particle concentration, temperature, measured liquid water content, measured total water content, particle concentration spectrum in the Third Area

图 8(Fig. 8)

图 8 4区云粒子浓度、温度、液态水含量、总水总含量及粒子谱垂直要素变化 Fig. 8 The vertical profiles of cloud particle concentration, temperature, measured liquid water content, measured total water content, particle concentration spectrum in the Fourth Area

图 9(Fig. 9)

图 9 5区云粒子浓度、温度、液态水含量、总水总含量及粒子谱垂直要素变化 Fig. 9 The vertical profiles of cloud particle concentration, temperature, measured liquid water content, measured total water content, particle concentration spectrum in the Fifth Area

冷云内实测冰水总含量最大值看, 3区最大冰水总含量最高为1.2 g·m^-3; 1区和2区接近1 g·m^-3; 4区和5区最大冰水总含量在0.4 g·m^-3左右; 可见对流直接影响到云内最大冰水总含量。对比1区、2区、3区冰水总含量分布, 1区冰水总含量最大值出现在4000 m附近, 2区和3区出现在7000 m附近, 也说明2区和3区的对流强于1区。

云内实测液态水含量看, 1区、2区和3区最大液态水含量为0.6 g·m^-3, 出现在3600~4000 m, 且与云粒子浓度高值区相对应; 4区和5区最大液态水含量分别为0.18 g·m^-3和0.38 g·m^-3, 出现在2200 m云底附近, 但对应层的云粒子浓度为低值, 该层实测的液态水主要来源于从高层下落的大雨滴, 由2D-S探头和PDS所组成的高分辨率的影像探头3V-CPI观测到云底存在大量的大雨滴[图 10(a)]。冷云中上层即5000 m以上, 2区和3区液态水含量约为0.2 g·m^-3, 1区、4区和5区液态水含量小于0.05 g·m^-3, 表明镶嵌较强对流泡的冷云中上层比层状云同一高度拥有更为丰富的过冷水。2区和3区在5400 m以上云粒子浓度较低, 原因是随高度升高, 雨核中小于10 μm的小云粒子明显减少, 过冷水主要由10~30 μm的大云滴构成[图 10(b)], 直径在30~100 μm的粒子多以小冰晶的形态存在; 同样, 3区2000~2900 m、4区的2600~3200 m小云粒子浓度稀少, CPI观测到云内液态水为上层降落的雨滴(图略); Nevzorov热线式仪器实测的含水量在5个区域暖云探测中发现多出现云内冰水总含量大于液态水含量, 其原因一是融化层存在未完全融化的粒子; 二是TWC传感器为直径8 mm的圆锥形传感器, 不同相态粒子可在圆锥内蒸发, 得到累积含水量; LWC传感器为直径1.8 mm, 长16 mm的圆柱形传感器, 当雨滴碰撞到LWC传感器时容易发生破碎而不能够完全将雨滴蒸发, 从而使得LWC在遇到大雨滴时观测值偏小。因此在暖云中使用Nevzorov热线式仪器观测数据时, 应以总水含量实测值为准。

图 10(Fig. 10)

图 10 CPI观测的不同高度粒子图 Fig. 10 Image of particles at different heights by CPI

为分析云内不同时机和不同对流强度过冷水分布特征, 计算5次云内过冷水在液态水中占比、5000 m以下冷层和5000 m以上冷云中上层过冷水占比。结果表明, 云内过冷水含量受对流强弱和发展阶段影响, 4区和5区层云中过冷水含量占云内全部液态水含量的16%~18%, 而在对流较强的3区云中过冷水含量占云内全部液态水含量的29%;从过冷水在冷云分布看, 4区和5区层云中过冷水主要分布在5000 m以下至0 ℃的冷云下层, 其占比为80%~90%;而2区和3区5000 m以下至0 ℃的冷云下层, 过冷水占观测冷云区过冷水62.4%和40.2%, 2区位于雨核发展盛期时段, 3区位于雨核发展盛期前部时段, 在雨核发展期不但过冷水含量最高, 冷云中上部过冷水占比高达60%, 雨核发展进入盛期, 冷云中上部过冷水占比下降。说明云内对流将更多的水汽和云粒子由暖云输送到冷云中, 对流核中丰富的过冷水由雨核发展期保持到雨核发展盛期。

综上所述, 积层混合云中随着对流产生及加强, 云粒子浓度提高, 雨核中总含水量比层云总含水量提高3~5倍; 雨核发展期过冷水最为丰富, 5000 m以上的冷云中上层过冷水含量比层云同高度层过冷水含量提高2~4倍, 雨核内丰富的过冷水由雨核发展期维持到雨核发展盛期。由于5000 m以上温度在-10~-5 ℃之间, 适合催化作业。而在无对流雨核的层云中, 云粒子浓度低和过冷水少且冷云中上层过冷水占比低, 作业高度应在5000 m附近。

为分析积层混合云中冰雪晶粒子浓度和粒子谱的垂直分布及受云内对流的影响, 将处于弱对流(1区)、强对流(2区)、强对流边缘(3区)和层云(4区和5区)中的冰雪晶粒子浓度和粒子谱垂直分布进行比较。为了剔除小粒子对CIP冰晶数浓度的影响以及CIP对大冰雪晶测量的不准确性, CIP观测到的所有粒子尺度截取了三段, 为了与粒子谱相对应, 选取直径在100~1000 μm的数据; 同时为了便于分析冷云内冰晶和雪晶浓度垂直分布, 分别选取直径在100~300 μm和300~1000 μm的粒子数据(图 5~9)。

比较100~300 μm云粒子浓度, 1区在4500~5200 m和6300~7300 m出现两个粒子浓度高值区, 4700 m最大浓度达55 L^-1; 对应表 1发现, 在下层4500~5200 m(温度-5~-1 ℃)主要以针状和柱状冰晶粒子为主, 而在上层6300~7300 m(温度-16.4~-13 ℃)主要以星状或片状冰晶粒子为主。2区和3区粒子浓度随高度升高逐步增大, 最大值分别为40 L^-1和85 L^-1, 分别出现在6800 m和6700 m; 对应CPI观测的粒子图片发现, 从4000 m冷云底部到7300 m皆有柱状和片状冰晶粒子。4区和5区冰晶粒子浓度最大值在8~10 L^-1。1区在4300~4700 m冰晶粒子浓度从10 L^-1跃增到55 L^-1, 冰晶出现爆发性增长, 其主要原因1区存在弱对流, 从暖云向该层输送大量的水滴, 水滴在冷云中冻结, 然后凝华增长成冰晶(图 5~9)。从图 11中可以看出, 从0 ℃层上升到-1 ℃层时, 过冷水滴浓度减少, 冰晶浓度急剧增加, 并出现霰粒子, 说明大量水滴在-1~0 ℃开始冻结。而2区和3区由于对流较强, 在6700 m冰晶粒子浓度达到最大85 L^-1, 从CPI探头实测粒子可以看出, 该层存在大量过冷水滴、冰晶、霰粒子。4区和5区由于下方云滴浓度较小, 造成上层冰晶浓度较低。

表 1(Table 1)

表 1 1区和5区云中冰雪晶粒子形状随高度和温度的分布特征 Table 1 The shape change of ice crystal particles with height and temperature in Cloud Area 1 and 5 高度/m 温度/℃ 1区(CIP探头二维图像) 高度/m 温度/℃ 5区(2DS探头二维图像) 7248~7259 -16.4 7255~7256 -17 7161~7185 -16 7110~7122 -16 6995~7006 -15 6860~6887 -15 6808~6830 -14 6682~6704 -14 6611~6625 -13 6523~6527 -13 6414~6423 -12 6330~6343 -12 6178-~6198 -11 6163~6174 -11 6016~6025 -10 5972~5982 -10 5841~5846 -9 5815~5823 -9 5652~5665 -8 5660~5667 -8 5497~5511 -7 5418 -7 5263~5290 -6 5153~5166 -6 5139~5155 -5 4975~4985 -5 4807~4842 -4 4744 -4 4663 -3 4526 -3 4525~4529 -2 4302~4314 -2 4298~4318 -1 3987~4017 -1 4004 0 3741~3756 0 3771~3776 1 3521~3546 1 3642~3644 2 3339 2

表 1 1区和5区云中冰雪晶粒子形状随高度和温度的分布特征 Table 1 The shape change of ice crystal particles with height and temperature in Cloud Area 1 and 5

图 11(Fig. 11)

图 11 CPI观测的不同温度粒子图 Fig. 11 Images of particles at different temperatures observed by CPI

从直径为300~1000 μm的雪晶粒子浓度垂直分布(图 5~9)可以看出, 4区和5区最大浓度在5~6 L^-1, 5区主要集中在4300 m, 4区4000~7000 m分布较均匀; 1区、2区和3区最大浓度分别为20~40 L^-1。1区在4700 m和6700 m上下出现峰值, 2区和3区最大浓度在冷云上部, 随高度下降雪晶浓度降低。其明显特征是对流核中雪晶浓度大于层云, 且分布于冷云中上层。比较雪晶和冰晶分布曲线, 二者有较高的重合度, 在冰晶浓度大的高度层雪晶浓度较高, 显然雪晶主要由该层内冰晶碰并而成。2区6800 m以上, 雪晶浓度大于冰晶浓度, 大部分冰晶已碰并成雪团, 此时雨核发展较为成熟; 而在3区6800 m雪晶浓度远小于冰晶浓度, 此时积层混合云中的雨核尚处于发展之中。1区6500 m附近雪晶浓度大于冰晶浓度, CPI观测的粒子图片显示是上层雪花降落到该层所致。

为分析积层混合云中降水粒子垂直分布及受云内对流的影响, 将处于弱对流(1区)、强对流(2区)、强对流边缘(3区)和层云(4区和5区)中的降水粒子垂直分布进行比较。从图 5~9可以看出, 统计直径在1000 μm以上的雪花或雪团等降水粒子数据。从最大降水粒子浓度最大值看, 1区、4区和5区为4~5 L^-1, 2区和3区为13~18 L^-1; 从降水粒子分布看, 1区在冷云云底和冷云中部(6500 m)出现两个峰值, 表 1显示这两个高度层出现大量雪团, 6500 m附近1340~2300 μm尺度的粒子对应的浓度高于1340 μm以下粒子对应的浓度值; 2区和3区在冷云中皆存在雪团(表略), 冷云中降水粒子浓度上大下小, 随高度逐步增加, 在6000 m左右达最大。从最大粒子直径看, 1区、2区和3区冰晶聚合体最大直径超过10000 μm; 4区和5区最大冰晶聚合体直径在8000 μm, 且随高度下降, 直径不断拓宽, 冷云底部降水粒子直径达最大。2区和3区冷云中降水粒子浓度随高度升高而增大的倒“金字塔”分布与1区、4区、5区明显不同, 其主要原因是在较强雨核内, 上部由于冰晶和雪晶浓度大, 为降水粒子重要产生区, 中下层产生的冰晶和雪晶被大量的降水粒子碰并, 降落到云底, 在4000 m上下累积了大量的尺度在10000 μm以上的降水粒子[图 6(b)蓝线HVPS观测数据], 图 5~9表明冷云底部粒子谱增大。雨核在发展期上层降水粒子浓度逐步增大, 盛期达到最大, 当上层降水粒子浓度减小, 极值高度降低时, 下层出现降水粒子峰值浓度变大, 意味着雨核发展进入盛期, 之后, 对流雨核将消亡。云内对流雨核消亡可使云顶高度迅速下降, 黄寺降雨初期云顶高度从10000 m迅速降到4000 m[见图 4(a)]。

(1) 太行山东麓“低槽冷锋”积层混合云最大云顶高度10000 m, 一般在8000 m左右; 云内可出现最强雷达回波达45 dBZ的对流雨核。人工增雨作业应在雷达回波强度不超过40 dBZ, 且4000 m以上雷达回波强度不超过30 dBZ积层混合云区实施增雨作业。

(2) 积层混合云中对流可提高云粒子浓度, 使雨核内过冷水含量比层云内过冷水含量提高2~4倍; 而且对流雨核内近50%的过冷水集中在5000 m以上冷云中上层, 此高度所处温度在-10~-5 ℃之间, 适合人工催化作业。对流雨核发展期过冷水含量最高, 雨核内丰富的过冷水从雨核发展期维持到雨核发展盛期, 为人工催化作业提供有利的作业时间“窗口”。

(3) 对流雨核中因大量云滴被输送到冷云中上层, 冷云中上层为冰晶浓度高值区, 也是冰晶增长区, 高层降落的雪晶与冷云中下层的冰雪晶碰并增长形成巨大的雪团; 而在对流较弱的云内, 冷云下层为冰晶浓度高值区。对流雨核发展期冷云上部冰晶浓度远大于雪晶浓度, 盛期雪晶浓度超过冰晶浓度。

(4) 对流雨核中降水粒子浓度极大值出现在冷云上部, 盛期降水粒子浓度达最高, 当上层降水粒子浓度极值减小、出现的极值高度随之下降, 下层降水粒子浓度极值变大, 表明雨核发展已进入盛期。