催化剂扩散轨迹在人工影响天气中的试验研究

代表催化剂质点之间的闭合系数。根据文献[1]，本研究中不考虑混合物之间质点的并和作用。

由于层状云中v和w一般非常的小（若干厘米每秒），因此本研究中不考虑，从而可得方程为：

考虑初始边界条件：

t=0时，■

z=0时，q=0

■时，q=0

式中Q为单位点源核生成率。这样得单位点源浓度扩散方程为：

由于线源是点源在播撒线上浓度的积分，得到层状云线源扩散公示为：

其中，QL表示单位线源的核生成率，单位为个/m。

4个例分析及结论

本研究中选取了2014年春季四次飞机增雨作业个例进行研究，分别对四次增雨作业中的催化剂AgI的扩散轨迹进行模拟计算。

第一个个例选取2014年5月2日的一次飞行作业过程，作业温度为T=-5.2℃，风速为u=11千米/时，作业高度为H=3000米，AgI用量为500克，播云时间为90分钟，这时它的线源生成率为6.67 108个/米，见表1。模拟结果见图1，单位为个/升。

表1 2014年5月2日催化剂扩散分布

第二个个例选取2014年5月10日的一次飞行作业过程，作业温度为T=-3℃，风速为u=100千米/时，作业高度为H=4200米，AgI用量为500克，播云时间为90分钟，这时它的线源生成率为6.67 108个/米，见表2。模拟结果见图2，单位为个/升。

表2 2014年5月10日催化剂扩散分布

第三个个例选取2014年5月11日的一次飞行作业过程，作业温度为T=-9℃，风速为u=21千米/时，作业高度为H=3500米，AgI用量为500克，播云时间为90分钟，这时它的线源生成率为6.67 109个/米，见表3。模拟结果见图3，单位为个/升。

表3  2014年5月11日催化剂扩散分布

第四个个例选取2014年5月12日的一次飞行作业过程，作业温度为T=-13℃，风速为u=28千米/时，作业高度为H=5000米，AgI用量为500克，播云时间为90分钟，该条件下，催化剂AgI的线源生成率为4.44 1011个/米，见表4。模拟结果见图4，单位为个/L。

表4 2014年5月12日催化剂扩散分布

在计算过程中，我们根据文献[1][2]假设Nc、a和k均为常数。由表可知：

根据个例1的研究结果，如图1所示，当飞机增雨作业温度大于-7℃且风速较小时，催化剂AgI的水平扩散距离较近，同时作业后在X-Y面运行时间较短（这时，在X-Z面或Y-Z面运行扩散的范围较大，以后我们再继续研究讨论它）。

根据个例2的研究结果，如图2所示，当飞机增雨作业温度大于-7℃且风速较大时，催化剂AgI的水平扩散距离同样相对较近，但大于个例1中催化剂的水平扩散距离，同样作业后在X-Y面运行时间较短。

因此，根据以上两个个例的分析讨论，可以得出在飞机增雨作业中，如果进行蛇形播撒作业，应该使播撒的间距相对近一些。例如，在2014年5月2日的飞机增雨作业中，在播云6min后，云中AgI成冰核的数量在2.5公里以外增加小于5个/升。

根据个例3的研究结果，如图3所示，当飞机增雨作业温度小于-8℃且风速较小时，催化剂AgI的水平扩散距离相对较远，而且作业后在X-Y面维持的时间也相对比较长。

根据个例4的研究结果，如图4所示，当飞机增雨作业温度小于-8℃且风速较大时，催化剂AgI顺风向的水平扩散距离很远，而且作业后在X-Y面维持的时间也比较长。因此，在飞机增雨作业中进行蛇形播撒作业时，应该使催化剂的播撒间距加宽。

同时，在模式的试验研究中还发现，当温度、风速等条件不变的情况下，催化剂AgI的扩散轨迹随着湍流系数k的增大，衰减加快，且顺风向的水平扩散范围则减小（图略）。

本研究中模拟的催化剂播撒轨迹与实际飞机增雨作业飞行轨迹相一致，因此，本研究中通过考虑催化剂的扩散轨迹从而掌握了薄云间距的方法，该方法的掌握有利于提高飞机增雨作业的效果，在增雨作业潜力区最大限度的挖掘增雨潜力，从而避免了作业区域的重复作业，使人工增雨作业更科学有效，为抗旱增产做出更大贡献。

参考文献

[1]申亿铭.云中催化剂的扩散[M].北京：气象出版社，1994.

[2]黄美元，徐华英.云和降水物理.科学出版社，2001.

[3]桑建国，温市耕.大气扩散的数值计算[M].北京：气象出版社，1992.

[4]周秀骥，等.高等大气物理学[M].北京：气象出版社.

作者简介：李旭，硕士，吉林省人工影响天气办公室/中国气象局 吉林省人民政府人工影响天气联合开放实验室，中级工程师，研究方向：人工影响天气。