封秋娟++申東東++晉立軍++張冬香

摘要：針對山西省2010-05-27一次層狀云降水過程，利用機(jī)載DMT探頭和Parsivel激光降水粒子譜儀進(jìn)行探測試驗(yàn)，分析了云微物理特征，并對空中和地面雨滴譜進(jìn)行比較。結(jié)果顯示，空中云垂直和水平結(jié)構(gòu)分布不均勻，CDP，CIP探測最大粒子濃度分別為165.20 cm-3、1.08 cm-3。地面雨滴微物理量的平均值說明此次降水是典型的層狀云降水，雨強(qiáng)主要由雨滴數(shù)密度決定，雨滴微物理參量隨時(shí)間變化而分布不均勻。結(jié)合粒子圖像和雨滴特征量分析空中雨滴譜隨高度的分布時(shí)發(fā)現(xiàn)，此次降水是冷云和暖云降水共存。

關(guān)鍵詞：空中云微；地面云微；物理特征；層狀云

中圖分類號(hào)：P426.5+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095－6835（2014）08－0140－03

層狀云系是中國北方降水的主要云系，對層狀云降水過程宏微觀結(jié)構(gòu)的觀測、研究可以進(jìn)一步了解層狀云降水的形成機(jī)制，為人工增雨作業(yè)方案的優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。Hobbs et al．（1974）和Heymsfield（1986）的研究表明，冰晶聚并的比例隨溫度的降低而減小，但仍有可能存在于溫度低于－25℃的云內(nèi)。Field（1999）通過對冷鋒高層云系的探測發(fā)現(xiàn)，－40～－20 ℃層冰晶以擴(kuò)散增長為主，而－20～－10 ℃層聚并占主導(dǎo)地位。利用機(jī)載粒子測量系統(tǒng)是目前研究層狀云結(jié)構(gòu)和降水機(jī)制的重要方法（張佃國等，2010，2011；劉瑩瑩等，2012）。我國自20世紀(jì)80年代起，引進(jìn)美國的粒子測量系統(tǒng)（簡稱PMS）開展云的研究。游來光等（2002）發(fā)現(xiàn)北方的層狀云中存在“播種云—供應(yīng)云”的配置，有時(shí)中間還常夾有干層。楊文霞等（2005）對4架次飛行個(gè)例的PMS資料進(jìn)行綜合分析，發(fā)現(xiàn)河北省春季層狀云降水系統(tǒng)存在不均勻性，較強(qiáng)降水云帶是其具體表現(xiàn)之一。居麗玲等（2011）分析了2008-10-04—05石家莊一次降水性層狀云系的PMS資料發(fā)現(xiàn)，云系微物理要素的垂直分布結(jié)構(gòu)與粒子增長過程符合顧震潮先生三層模型的冷云降水形成機(jī)制。山西省人工降雨防雹辦公室2006年從美國粒子測量技術(shù)公司（DMT，Droplet Measurement Technology）引進(jìn)了云物理探測系統(tǒng)，孫鴻娉等（2011）利用DMT探測平臺(tái)對山西一次云降水過程實(shí)施了綜合探測，分析表明，只有當(dāng)云粒子濃度不小于30 cm-3時(shí)，相應(yīng)云區(qū)才具有一定的可播度。

本文利用2010-05-27一次從空中到地面的微觀探測資料，結(jié)合衛(wèi)星云圖、雷達(dá)回波等宏觀資料，分析了層狀云降水云系空中云微物理參量的垂直、水平分布特征和地面雨滴譜特征，通過研究空中雨滴譜變化，了解此次層狀云降水的主要機(jī)制，以期提高對山西地區(qū)層狀云降水特征的了解。

1天氣背景

2010-05-26—27，高空500 hPa山西省受西南氣流控制，并且在新疆西部和河套地區(qū)有短波槽不斷東移影響，在蒙古中部形成閉合低渦，高空700 hPa山西省位于切變線以東和最大風(fēng)速帶以西。受巴爾喀什湖移入冷渦系統(tǒng)和西太平洋副熱帶高壓邊緣暖濕氣流系統(tǒng)影響，2010-05-27T10：00在華北大部分地區(qū)、內(nèi)蒙古東部地區(qū)的上空形成一條東北—西南走向的連續(xù)云帶（衛(wèi)星云圖略）。從雷達(dá)PPI（plane position indicator，平面位置顯示）回波圖看，所選用區(qū)間（太原—祁縣—介休）資料回波結(jié)構(gòu)相對均勻，回波強(qiáng)度在20 dBz左右，且空間距離在太原雷達(dá)90 km范圍內(nèi)。圖1b為沿介休、祁縣方向RHI（range-height indicator，距離高度顯示）剖面圖，觀測區(qū)域回波頂高不均勻，強(qiáng)回波頂在4 km左右。2010-05-26T08：00，山西南部的運(yùn)城先出現(xiàn)小雨，17：00系統(tǒng)東移，山西中南部大部分地區(qū)降小雨，2010-05-26T17：00—2010-05-27T20：00為全省范圍的小到中雨，2010-05-27T23：00全省降水基本結(jié)束。

a. PPI（仰角1.5°）；b. RHI（沿介休、祁縣方向，方位角214.4°）

圖12010-05-27T10：04太原站雷達(dá)回波

2資料的獲取

空中觀測采用美國DMT公司生產(chǎn)的空氣狀況探頭（ADP）、云粒子探頭（CDP，量程：3～50 μm）、二維云粒子圖像探頭（CIP，量程：25～1 550 μm）、二維降水粒子圖像探頭（PIP，量程：100～6 200 μm）。地面觀測以雨滴譜為主，采用德國OTT公司生產(chǎn)的Parsivel激光降水粒子譜儀。該儀器的數(shù)據(jù)共有32個(gè)尺度測量通道和32個(gè)速度測量通道，其中，粒子尺度測量32個(gè)通道對應(yīng)的數(shù)據(jù)范圍為0.2～25 mm（實(shí)際測量中前兩通道無數(shù)據(jù)），粒子速度測量范圍為0.2～20 m/s。

探測飛機(jī)為運(yùn)－12，飛行主要區(qū)域?yàn)槠羁h、介休上空，由雷達(dá)回波可知，飛行區(qū)域回波相對均勻，且空間距離在雷達(dá)觀測90 km范圍內(nèi)。9：12飛機(jī)從太原武宿機(jī)場起飛，本場小雨，起飛后垂直爬升飛往祁縣，約2 100 m高度入云，0 ℃層在3 500 m，9：34到達(dá)祁縣，高度5 600 m，500 hPa盛行西南風(fēng)，風(fēng)速8 m/s。隨后保持高度5 600 m折線飛往介休并作業(yè)，9：55從介休保持5 600 m平飛往祁縣回穿作業(yè)云，10：04在祁縣盤旋下降600 m后保持5 000 m平飛到介休，10：17在介休盤旋下降600 m后保持4 400 m平飛到祁縣，10：29在祁縣盤旋下降6 00 m后保持3 800 m平飛到介休，700 hPa盛行南風(fēng)，風(fēng)速16 m/s，10：44從介休返航回太原并于11：12降落。

圖22010-05-27二維軌跡（a）和三維軌跡（b）圖

地面雨滴譜觀測在山西祁縣、介休進(jìn)行。取樣間隔時(shí)間是1 min，飛行時(shí)間內(nèi)（9：12—11：12）祁縣、介休各取得樣本121個(gè)。2010-05-27探測時(shí)間段（9：12—11：12）飛行區(qū)域主要云系是高層云，降水類型是連續(xù)性小雨，其中，介休降水量2.5 mm，祁縣降水量2.1 mm。

3云的微結(jié)構(gòu)

3.1微物理參數(shù)的垂直分布

利用飛機(jī)爬升階段的探測資料研究云系的垂直結(jié)構(gòu)。圖3a，3b，3c給出了CDP，CIP，PIP三個(gè)探頭觀測到粒子數(shù)濃度、粒子直徑的垂直分布情況，探測高度的范圍為780～5 600 m，溫度為－6.7～15.7 ℃。由圖3a可知，2 300～4 200 m高度云滴數(shù)濃度較大，最大粒子數(shù)濃度為165.20 cm-3，粒子數(shù)濃度和直徑呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，2 300 m以上粒子直徑變化小，基本在20 μm以下。CIP探測到3 000 m以上粒子數(shù)濃度量級(jí)分布在10-2～10-1 cm-3，3 000 m以下粒子數(shù)濃度量級(jí)變化大部分在10-3～100 cm-3，并出現(xiàn)粒子數(shù)濃度最大值為1.08 cm-3，粒子尺度3 000 m以下分布在25～1 550 μm，3 000 m以上粒子尺度主要分布在800～1 550 μm。PIP探測資料顯示，3 000 m以下粒子數(shù)濃度量級(jí)約為10-3 cm-3，隨著高度的增加而遞減，粒子直徑基本小于1 300 μm，3 000 m以上粒子數(shù)濃度量級(jí)為10-3 cm-3，但大于3 000 m以下，粒子數(shù)濃度隨著高度的增加而遞增，粒子直徑基本大于1 300 μm。

注：a.CDP；b.CIP；c.PIP

圖32010-05-27飛機(jī)爬升階段探測云微物理參數(shù)垂直分布圖

3.2微物理參量的水平特征

圖4a，4b分別給出了5 000 m、3 800 m高度層CDP，CIP，PIP觀測到的粒子數(shù)濃度、粒子直徑的水平分布特征（對觀測數(shù)據(jù)取6 s平均）。從圖4a可以看出，CDP探測到云粒子數(shù)濃度量級(jí)為10-1 cm-3，水平起伏小，粒子平均體積直徑起伏大。CIP探測到大云滴粒子濃度分布均勻，平均為1.0×105 m-3，粒子平均體積直徑分布均勻。PIP觀測到降水粒子量級(jí)為103 m-3，曲線較平滑，體積直徑起伏大，在1 400～4 100 μm之間。5 600 m、4 400 m高度層探測的云粒子水平分布特征與5 000 m高度層（圖略）相同。圖4b為3 800 m高度層探測云粒子水平分布特征，CDP探測云滴濃度在整個(gè)平飛階段分布很不均勻，有3個(gè)量級(jí)的變化，粒子數(shù)濃度和直徑呈反相關(guān)關(guān)系，粒子平均體積直徑起伏也較大。CIP探測大粒子數(shù)濃度有起伏，極值相差2個(gè)量級(jí)，粒子直徑尺度基本分布在600～1 500 μm。PIP降水粒子數(shù)濃度量級(jí)為103 m-3，水平分布略有起伏，粒子尺度分布在小于5 000 m高度處，變化范圍為1 900～3 800 μm。

圖42010-05-27探測的5 000 m（a）和3 800 m（b）云微物理參數(shù)的水平分布圖

4地面雨滴譜特征

4.1雨滴譜微物理特征參量

雨滴的微物理參量可以反映降水的基本特性，對探測時(shí)間段內(nèi)（2010-05-27T9：11—11：19）介休、祁縣地面雨滴微物理參量計(jì)算平均值，結(jié)果見表1.其中D1，D2，D3分別為雨滴平均直徑、均方根直徑、均立方根直徑，Dmax為雨滴最大直徑的平均值，N為雨滴總數(shù)濃度，I為雨強(qiáng)，N0-1/N，I0-1/I表示直徑0～1 mm的雨滴占總數(shù)密度和雨強(qiáng)的比例，I1-2/I表示直徑1～2 mm的雨滴雨強(qiáng)占總雨強(qiáng)的比例。由表1可知，介休、祁縣兩站的各物理參量比較接近，雨滴數(shù)濃度有102 m-3的量級(jí)，介休、祁縣雨滴平均直徑分別為0.79 mm、0.86 mm，平均雨強(qiáng)分別為1.13 mm/h、1.54 mm/h，這是典型的層狀云降水。在介休、祁縣的降水過程中，直徑0～1 mm的雨滴數(shù)濃度占總數(shù)濃度的80%左右，對降水的貢獻(xiàn)為30%左右，降水過程以小雨滴為主，雨強(qiáng)貢獻(xiàn)超過50%的雨滴直徑范圍是1～2 mm。

表1雨滴譜微物理量的平均值

觀測

地點(diǎn) D1/

mm D2/

mm D3/

mm Dmax/

mm N/m-3 I/

（mm?h-1） （N0-1/N）

/% （I0-1/I）

% （I1-2/I）

%

介休 0.79 0.86 0.92 2.11 210 1.13 82.9 38.0 56.9

祁縣 0.86 0.95 1.04 2.71 175 1.54 77.8 24.2 57.0

平均值 0.83 0.91 0.98 2.41 193 1.34 80.4 31.1 57.0

4.2雨滴微物理參量的時(shí)間演變

圖5a，5b分別給出了介休、祁縣兩站的雨滴數(shù)濃度N、雨強(qiáng)I、雨滴的平均直徑D1和最大直徑Dmax隨時(shí)間的演變特征。從圖5a中可以看出，介休雨滴數(shù)濃度多起伏，變化范圍為92.8～400 m-3，雨滴最大直徑在1.5～3.5 mm，雨強(qiáng)在0.62～2.12 mm/h，雨滴平均直徑基本在0.8 mm左右。在9：11—10：10降水期間，雨滴數(shù)濃度先下降，隨后緩慢上升達(dá)到一定峰值后逐漸下降，與雨強(qiáng)和最大直徑隨時(shí)間變化趨勢基本一致。10：10—11：19比9：11—10：10雨滴數(shù)濃度變化劇烈，與雨強(qiáng)變化趨勢相同，雨滴最大直徑變化平緩。從圖5b中可以看出，在降水過程中，祁縣雨滴數(shù)濃度變化范圍為82.9～265 m-3，變化范圍比介休窄，雨滴最大直徑在2.0～4.0 mm之間，雨強(qiáng)在0.68～2.61 mm/h之間，雨滴平均直徑基本在0.8 mm左右。

a. 介休b. 祁縣

圖5雨強(qiáng)I、雨滴數(shù)濃度N、平均直徑D1和最大直徑Dmax隨時(shí)間演變

5空中雨滴譜隨高度的分布

表2各高度層雨滴譜特征量

高度層/m 平均溫度/℃ 平均數(shù)濃度/L-1 平均直徑/mm 對應(yīng)云位置

5 600 -6.7 4.93 1.68 冷云

5 000 -5 6.41 1.65

4 400 -3.6 7.28 1.65

3 800 -1.2 2.73 2.12 冷云干層

3 000 2 1.35 1.16 暖云

2 100 7.4 2.08 0.79

1 500 11 1.34 0.80

圖6不同高度層二維粒子圖像圖7不同高度層雨滴譜

分析2010-05-27觀測到的空中不同高度層雨滴譜分布的變化（資料取自PIP探頭）。5 000 m、4 400 m高度處冰粒子數(shù)濃度大于5 600 m處（表2），并含有豐富的過冷水，云粒子在高層以核化、凝華和擴(kuò)散增長為主，由于云中上層受冷空氣活躍帶影響而產(chǎn)生的輻合作用，云粒子和冰粒子活躍增長，雪粒子和大滴形成（圖6）。云中存在冰雪晶、過冷水，云滴凍結(jié)淞附在冰雪晶上，對雨滴增大產(chǎn)生了影響，所以，5 000 m、4 400 m雨滴譜較5 600 m變寬（圖7）。從圖3a可以看到，在3 800 m的高度處，云滴數(shù)濃度很低，是一個(gè)干層（低于0 ℃），雨滴平均直徑較冷云其他層增加明顯，同時(shí)，數(shù)濃度減小（見表2），雪粒子發(fā)生聚合（圖6），這里發(fā)生了固態(tài)粒子聚合和云滴蒸發(fā)。3 000 m高度處雨滴比上層濃度小，可能是降水的不均勻性造成的現(xiàn)象，也有可能是上層高濃度雨滴胚胎還沒有降落所致，滴譜變窄是因?yàn)楸嗔Ｗ尤诨拢烁叨葢?yīng)當(dāng)是雨滴碰并云滴增長。在2 100 m和1 500 m處，雨滴數(shù)濃度的變化是降雨的陣型所致，與3 000 m處相比平均直徑變小，地面相對濕度90.4%，這應(yīng)當(dāng)是蒸發(fā)的緣故。

6結(jié)論

本文對2010-05-27一次層狀云降水的地面、空中云微物理特征進(jìn)行了分析，得到如下結(jié)論：①根據(jù)衛(wèi)星云圖和雷達(dá)回波等宏觀資料判斷此次降水屬層狀云降水，主體云系分布在2 100～4 200 m，垂直方向存在干層。②分析飛機(jī)探測空中云的微結(jié)構(gòu)表明，云微物理結(jié)構(gòu)垂直分布不均勻，CDP探測粒子濃度相差4個(gè)量級(jí)，粒子濃度與直徑成負(fù)相關(guān)關(guān)系。CIP探測粒子濃度量級(jí)在10-3～100 cm-3，最大粒子濃度為1.08 cm-3，3 000 m以下粒子直徑分布在25～1 550 μm，3 000m以上粒子直徑分布在800～1 550 μm。PIP探測粒子濃度量級(jí)基本為10-3 cm-3，3 000 m以下粒子直徑小于1 300 μm，3 000 m以上粒子直徑大于1 300 μm。5 600 m、5 000 m、4 400 m平飛CDP，CIP，PIP探測粒子濃度起伏小，直徑起伏大。3 800 m平飛CDP探測粒子濃度起伏大，CIP，PIP探測粒子濃度起伏小。③對地面雨滴譜特征進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，雨強(qiáng)主要由雨滴數(shù)密度決定，層狀云降水微物理參量隨時(shí)間分布不均勻。④結(jié)合粒子圖像、空中雨滴譜的高度分布分析降水機(jī)制，降水為冷云和暖云降水相結(jié)合。

參考文獻(xiàn)

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［8］Field P R. Aircraft observations of ice crystal evolution in an altostratus cloud［J］.J Atmos Sci，1999 （56）：1925-1941.

［9］Heymsfield A J.Ice particle evolution in the anvil of a severe thunderstorm during CCOPE［J］.J Atmos Sci，1986（43）：2463-2478.

［10］Hobbs P V，Chang S，Locatelli J D.The dimensions and aggregation of ice crystals in natural clouds［J］. J Geophys Res，1974（79）：2199-2206.

〔編輯：白潔〕

Observation and Analysis of Microphysical Characteristics

of Stratiform Cloud Precipitation in Shanxi Province

Feng Qiujuan，Shen Dongdong, Jin Lijun, Zhang Dongxiang

Abstract：The cloud microphysical properties of a stratiform cloud in Shanxi on 27 May 2010 were analyzed based on the airbrone DMT probes and Parsivel laser precipitation particle spectrometer. The results showed that the vertical and horizontal structure of clouds was uneven. The maximum concentration values sampled by CDP and CIP were 165.20cm-3 and 1.08cm-3 respectively. Average value of microphysical features of surface raindrops indicated that it was a typical stratiform cloud precipitation. Rainfall intensity is mostly decided by raindrop concentration. Temporal distribution of raindrop microphysical parameters was not even. The precipitation was the coexistence of cold cloud and warm cloud precipitation.

Key words：surface raindrop size distribution; upper raindrop size distribution; stratiform cloud

（上接第134頁）

3.5WPA/WPA2協(xié)議的加密技術(shù)

WPA的功能是替代現(xiàn)行的WEP協(xié)議，是改進(jìn)WEP所使用密鑰的安全性的協(xié)議和算法。它改變了密鑰的生成方式，加強(qiáng)了生成加密密鑰的算法，更頻繁地變換密鑰，來獲得安全；增加了消息完整性檢查功能，以防數(shù)據(jù)包偽造。WPA還追加了防止數(shù)據(jù)中途被篡改的功能和認(rèn)證功能，采用高級(jí)加密算法（AES）支持。除此之外，與WPA相比，二者無太大區(qū)別。

4結(jié)束語

文章總結(jié)了企業(yè)應(yīng)用中無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)缺點(diǎn)，可以了解到無線網(wǎng)絡(luò)的安全組建工作需要結(jié)合自身實(shí)際情況，選擇合適安全技術(shù)，從而有效地保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的安全。目前，無線局域網(wǎng)的各項(xiàng)技術(shù)均處在快速發(fā)展的過程中，安全防護(hù)技術(shù)也在不斷發(fā)展；然而與此同時(shí)，黑客的攻擊技術(shù)也在不斷更新，攻擊技術(shù)和防范策略此消彼長，在某種意義上，二者是互相促進(jìn)的。因此，還需要對無線網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)進(jìn)行更深入的探討、研究，需要網(wǎng)絡(luò)安全維護(hù)人員對此有深刻的認(rèn)識(shí)，并時(shí)刻保持警鐘長鳴，不斷提高自身的技能水平，加強(qiáng)對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：李玨〕

On the Enterprise Wireless Network Security Technology Use

Wang Zhisheng, Fan Limin

Abstract: At present, the rapid development of wireless networks in the enterprise, how to ensure secure communication became technical issues of common concern. Combined with the actual situation of the enterprise communication network, wireless network communications security technology in-depth discussion, and made some communication convenient, safe and secure wireless communication technology to avoid attacks by hackers, for reference.

Key words: network; safe; wireless; corporate