网络数字雹雨分测仪技术试验研究

介绍了网络数字雹雨分测仪的传感器结构和工作原理:利用浮力定律,翻斗计量,微机记录,网络传输等工作原理,模拟实验了理论数值和实验数值间的计量误差,探讨了误差产生的原因及野外观测调节技术和蒸发补偿订正等.经试验表明,各种部件结构科学、稳定、误差小、整体性能良好.野外观测资料表明,网络雹雨分测仪所测雨量与自动站观测的雨量误差在可接受范围;由于能同时进行雹雨分测,对极端冰雹天气具有实时监测优势,在野外林果和农作物雹灾危害评估中有重要作用,具有与遥测雨量计和其他遥测气象要素仪器一样的现代化水平,可广泛应用于农业和林业灾害野外监测网络之中.     

降雹类型及相关因子的分布特征

通过对全自动雹雨分测计所测16次降雹天气系统自记纸做雹雨分档、同步读数分析,得到5种降雹类型及相关因子的分布特征:(1)降雹强度特大类;(2)降雹强度中小类;(3)降雹总量特大且具有毁灭性灾害类;(4)雹量成脉冲式涌动;(5)降雹云系弱、持续时间长、降雹量小及强度弱。这对研究冰雹云的结构、雹胚的生成起引导作用,为模拟冰雹生成和落地提供了观测数据。     

定量检查人工防雹效果的必备仪器雹雨分测自记仪已获国家专利

河北省气象科学研究所和张家口地区气象局的同志共同研制的雹雨分测自记仪已获国家专利,填补了我国人工防雹观测仪器中的一项空白。该仪器能够准确地将降雹降雨的起止时间记录下来,并能有效地将雹、雨分开并进行     

全自动雹雨分测计的研制

介绍了全自动雹雨分测计的工作原理、结构及野外预测情况,并讨论了仪器的误差。结果表明,仪器性能稳定,所取得的资料对研究冰雹的生成及检验防雹效果都有重要的参考价值。     

测雹板标定试验研究

对聚苯乙烯测雹板性能的检定试验以及1988－1998年野外观测取样结果表明：（1）聚苯乙烯测雹板性能稳定，吸湿性差，能经受风吹、雨打、日晒，不变形、不变质，适合在野外雹暴天气中使用。（2）聚苯乙烯材料弹性小，测量误差小，模拟风、雨等天气条件时，平均误差为4.3%－12.2%。因此，可以较准确地测出野外实际冰雹大小及数密度。     

测雹板的初步鉴定

为了研究冰雹和评价人工防雹试验的效果,许多国家都使用测雹板在近地面测量降雹,我们制做的测雹板在室内检定时,根据 Lo Zo WSki 和 Strong(1978)推导的半径为 R 的一个球碰撞到测雹板上的最后深度 H(斑痕半径 r)是山碰撞的动能确定的关系式：1/2mVt~2=πpH(R-1/3H),使用与冰雹直径相同的钢球做降雹的模拟试验,推导了确定模拟雹块降落高度z的表达式：z=phVh■/2psg.通过模拟试验,获得了球形雹块碰撞到侧雹板上的斑痕直径和雹块本身大小的一种关系式(图2),其斑痕直径是按球直径的5/4次方变化的。这种关系式只是在实验室内理论模拟的,还需要通过野外降雹的实际测量进行校准。     

陕西渭北一次降雹过程的粒子谱特征分析

冰雹的大小、浓度和末速度等特征参量对冰雹云及人工防雹研究至关重要。基于Parsivel激光降水粒子谱仪观测的2013年5月22日陕西渭北一次降雹过程的资料,结合雷达反射率回波和自动站分钟降水量,分析了降雹过程中的雨强、雨量、最大冰雹直径、数浓度、谱分布及冰雹末速度等物理量随时间的演变。结果表明:(1)计算了降雹过程的平均粒子谱分布,并使用M-P分布对雨滴和冰雹分段进行了拟合。直径0. 3～4. 75 mm的雨滴谱拟合相关系数为0. 95,直径5. 5～11 mm的冰雹谱拟合相关系数为0. 99;(2)冰雹数浓度占总降水粒子数浓度的0. 3%,而冰雹对总降水量的贡献为37%;(3)降雹过程中,雨滴和冰雹数浓度同时增加或减小,冰雹分钟数浓度最大为5 m~(-3),雨滴分钟数浓度最大为1 423 m~(-3)。(4)国内首次现场观测了冰雹的末速度,使用实测值拟合得到了平均冰雹末速度与冰雹直径的经验公式,经验公式计算的冰雹末速度平均相对误差为2. 8%。     

一次冰雹天气的数值模拟及地形敏感性试验研究

利用中尺度模式对2020年3月23日贵州一次强冰雹天气过程进行了数值模拟研究,并与观测的雷达回波、卫星反演结果和冰雹落区进行比较,在此基础上探讨了地形对冰雹云的影响。地形敏感性试验结果表明,地形的变化会改变降雹的空间分布,地形增高会导致贵州西部偏南风增强,加强辐合,降雹前期垂直速度迅速升高,输送更多的过冷水,使雪晶、霰含量增加,有利于雹云的发展增强和冰雹的形成,使地面累积降雹量增加,地形降低反之。     

基于二维雨滴谱仪的巴彦淖尔地区降雹谱个例分析

布设在内蒙古自治区巴彦淖尔市五原县气象局的二维雨滴谱仪(2DVD)在2020年7月27日观测到一次含雹混合降水事件,基于粒子直径与本地下落末速度对2DVD数据质控后,分析了此次过程不同直径-速度和不同直径-轴比下的粒子数量分布以及粒子谱、中值体积直径、质量加权平均直径、粒子数浓度和降水强度等参数随时间的演变。结果表明：(1)直径0.1～0.5 mm的雨滴实测下落末速度偏大于经验公式计算的下落末速度,直径5～10.4 mm的冰雹粒子下落速度为5.5～11.6 m·s^-1,直径小于6 mm的冰雹粒子下落速度分布较广。直径0.1～2 mm的小雨滴轴比为0.9～1.1,直径2～5 mm的大雨滴轴比为0.7～1.0,直径5～10.4 mm的冰雹粒子轴比为0.5～1。(2)本次降雹类型为先雨后雹,雹雨混降,雹后持续降雨,冰雹谱谱宽为10.4 mm。逐分钟降水粒子谱存在3个直径极大值,在降水和降雹之间存在短暂的无降水,谱宽和粒子数浓度随时间同时增大和减小,并在降雹阶段,各参数陡增至峰值。(3)冰雹谱分布呈单调递减型,通过M-P分布函数分段模拟了降雹时段的雨滴谱和冰雹谱,模拟的粒...     

地面测雹方法和仪器

近三十年米,测雹方法虽然有了很大的改进,但日前仍然是各种方法同时使用,其中既有原始的日测方法,也有测量各种降雹参数的自记仪器。一、目测报告由自愿观测者组成观测网,可以提供开始降雹时刻和持续时间、冰雹覆盖地面的百分率、最大雹块尺寸、大多数雹块尺寸、以及降雹当时的风速和降雨情况等资料。这些贲料可以用来分析各地区的降雹气候背景,     

自动与人工观测降雨量的差异及相关性

利用全国627个基准、基本站2005年自动与人工雨量业务观测资料, 分析了业务上自动与人工观测的降雨量的差异以及引起差异的原因, 并分析了自动观测与人工观测的降雨量的相关性。结果表明:自动观测比人工观测的日降雨量平均偏高0.12 mm, 标准差为0.70 mm, 相对偏高1.42%。627个站中, 80%的站自动与人工观测的年降雨量差值在5%以内; 近4%的站年降雨量差值在10%以上。年降雨量相对差值较大的站, 其年降雨量均较小。空间采样差、20:00 (北京时) 定时观测中人工与自动观测时间的不一致以及其他突发事件均会导致自动与人工测量的日降雨量的差异, 甚至显著差异。由于观测仪器不同引起的降雨测量系统误差差别, 导致自动与人工观测降雨量的系统偏差。自动观测与人工观测的日降雨量呈线性相关, 相关系数为0.9988。     

GRC型雨量器（计）检定仪的研制与应用

雨量器（计）是降水量的主要观测仪器,为保证其测量结果的准确性,对其进行检定或现场校准是非常必要的。文章主要研制既能对雨量器（计）进行室内检定、又能在户外进行现场校准的雨量器（计）检定仪。检定仪采用能够溯源的计量标准球作为标准器,利用蠕动泵对降雨强度进行流速恒定控制,用电源控制器和蓄电池供电,可实现无交流电的户外降水仪器的现场校准。经过试验和应用分析,其性能优于国内同类产品,符合作为量值溯源计量标准的条件,对雨量器（计）的检定和现场校准具有实用性,可用于自动气象站雨量传感器的现场校准。     

四川东北部地区一次强风暴过程的特征分析

2007年4月29日在川东北地区发生了一次强风暴天气过程。本文利用大气综合观测和NCEP/NCAR再分析资料,研究了这次强风暴过程发生前的天气形势和物理量场的结构特征。根据多普勒天气雷达和卫星云图资料,分析了风暴的演变过程及结构。研究表明:过程发生前在风暴区上空,低空存在暖平流、高空有冷平流,行星边界层能级低,对流层整层热力差动平流结构十分明显。卫星云图上有中尺度对流云团活动。雷达监测显示:在降雹前有悬垂回波、中气旋和有界弱回波区存在,具有典型超级单体风暴的部分结构和特征。      

一次强风暴三维结构的观测分析

2003年6月28日山东德州发生了一次降雹持续时间长、危害严重的强降雹天气过程。利用MICAPS、探空、NCEP资料,分析了降雹前的天气形势、能量场特征、含水量场。根据两部多普勒天气雷达资料,分析了雹云的演变过程及流场结构。研究表明,降雹前在降雹区上空西边低层存在高能舌,在中高层西边存在负能量平流或负能量平流中心。此次超级单体风暴过程由单个单体发展而来,具有强超级单体风暴的典型特征。该超级单体的移动方向在盛行风向右侧约20°左右,属于右移风暴。     

自记与自动观测降雨量的差异及相关分析

利用2004—2007年同时使用雨量计（自记）与雨量传感器（自动）观测的54站其中1年的平行观测日降雨量资料,通过对比差值、相关系数分析两者的差异及相关性。结果表明：双翻斗式遥测雨量计自记观测比双翻斗雨量传感器自动观测的日降雨量平均偏小0.12 mm,标准差为0.93 mm。虹吸式雨量计自记观测比双翻斗雨量传感器自动观测的日降雨量平均偏小0.39 mm,标准差为1.5 mm。自动观测降雨量对雨日有一定的影响,两者存在一定的系统偏差。双翻斗式遥测雨量计、虹吸式雨量计与双翻斗雨量传感器观测日降雨量的相关系数分别为0.996和0.994,虹吸式雨量计、双翻斗式遥测雨量计自记观测与人工观测降雨量的相关系数分别为0.98和0.95。     

满城冰雹云类型与特征分析

根据探空、雷达观测以及降雹资料，对河北满城地区１９８６－１９９０年６４次降雹天气过程进行了分析，对冰雹云类型作了分类研究。结果表明，该地区冰雹云分为５种类型：强单体、点源雹云、传播雹云、多单体及弱单体雹云。５年的统计资料得出，满城地区以多单体、弱单体雹云为最多，强单体雹云和传播雹云是该地区主要成灾雹云。     

三维对流云催化数值模式人工冰晶参数化方案的改进与个例模拟试验

在中国科学院大气物理研究所的三维全弹性对流风暴云催化数值模式(简称为IAP-CSM3D)的基础上,对模式中催化部分的参数化方案进行了改进,推导出人工冰晶与其它粒子之间相互作用的微物理过程的参数化方程。改进后的模式将催化产生的人工冰晶单独作为预报量进行处理,把人工冰晶与自然冰晶区分开,且考虑的人工冰晶谱型为双参数粒子谱,使模式更符合实际。利用改进后的模式模拟了2005年7月8日发生在辽宁省朝阳市的一次冰雹云天气过程,着重分析了催化云人工冰晶的微物理过程、空间分布和谱型,以及对冰相降水粒子的贡献。数值试验表明,自然雹云模拟结果与观测事实相吻合,说明改进后的模式对冰雹云具有较可靠的模拟能力。模拟分析表明,冻滴是该例自然雹云冰雹胚胎的主要来源,对该冰雹云进行AgI催化可明显地减少降雹量,特别是在云中冰雹形成初期进行催化防雹效果最好,既可产生最大的防雹作业效果又不至于过度减少降雨量。催化减雹的主要原因是催化显著地减少了云中冻滴向冰雹胚胎的转化总量。进一步研究发现,人工冰晶在云的不同阶段对各种冰相降水粒子的贡献是不同的。人工冰晶对雪花总质量的贡献较小,对霰总质量的贡献有所增大,而对冻滴总质量的贡献较大。模拟的冰晶粒子谱可较好地反映出人工冰晶谱型较窄,浓度较大,尺度较小的特征。     

贵州春季冰雹短期预报的高空温压场相似法

采用08：00(北京时，下同)500hPa温压场和700hPa温度场相似系数指标值，建立了贵州区域性春季冰雹短期预报模型。建模选用了427个冰雹日个例和484个无雹日个例，分月确定相似预报指标，故所建模型有较大的统计可靠性。预报模型在样本期内的预报准确率为66％，经1999和2001年试报，结果表明，该预报模型有较好的实用价值。     

Radar measurement of rainfall by differential propagation phase: A pilot experiment

Abstract

A pilot project concerning the measurement of rainfall by polarization diversity radar, conducted jointly by the Alberta Research Council and the University of Essex in the summer of 1989, is described. The objective of the experiment was to test the theory that differential propagation phase shift can give a better estimate of rainfall with high rain rates (about 30 mm h^?1 and greater) than reflectivity measurements.

The project comprised a field experiment that was conducted in central Alberta during the period 20 July to 2 August 1989. The field experiment involved observing storms within about a 70‐km radius from Red Deer with the ARC S‐band polarization diversity radar and measuring rainfall at the ground through a network of fixed, volunteer observers and a mobile storm‐chase operation.

Theory describing how differential propagation phase may be extracted from the data recorded by the radar system is given.

Data collected on three days during the experiment (27 July, 29 July and 2 August) have been analysed and the results are presented. A total of 31 samples of total rainfall amount were collected on these days. All but three of the 31 radar rainfall amount predictions obtained from the differential propagation phase are within a factor of 2 of the rainfall observed at the ground. In fact, the average ratio of the total rainfall amount predicted from the differential propagation phase to the total rainfall amount measured at the ground is 1.16 for the 31 samples. This suggests that, on average, the total rainfall amount predicted from the differential propagation phase is only 16% higher than that measured at the ground. Of the 31 events, over a third involved some contamination of the differential propagation phase measurement through hail. Furthermore, because the K_DP technique does not rely on parameters dependent on precipitation characteristics or adjustment factors, the technique can be validated in a convenient location and then applied anywhere.

On the other hand, the radar rainfall amount estimates derived from Z‐R relations represent, in general, a large overestimation of the rainfall amount observed at the ground, especially when hail is present. No attempt was made to adjust or calibrate the radar rainfall estimates with raingauge data.     

GBPP-100地面雨滴谱仪外场实用可行性研究

利用１９９３年４—６月共４次南京降雨过程中取到的ＧＢＰＰ－１００资料与滤纸斑点法所取资料，通过对应资料的雨滴谱基本参量的计算分析，研究ＧＢＰＰ－１００用于外场观测的可行性。结果表明：在瞬时雨强度变化缓慢且雨强小于１６０ｍｍ·ｈ－１的阵性降水和非阵性降水过程中，ＧＢＰＰ－１００完全可代替滤纸斑点法用于外场观测，对雨强变化迅速阵性降水ＧＢＰＰ－１００与滤纸斑点法取样结果差异较大，其原因还有待进一步研究。