雨滴谱的变化对降水估测的影响研究

选取2013年5月20日发生在广东三水的一次飑线过程作为研究对象,首先结合飑线回波带移经三水及其上空雷达回波的时间-高度分布特征将降水过程划分为3个阶段,然后通过计算各时刻的粒子总数密度、中值体积直径和峰值数分析降水过程雨滴谱的变化,再对Z-R关系(Z=aR~b)进行分析,根据雨滴谱实测资料分别统计整体Z—R关系和3个降水阶段的Z—R关系,在此基础上讨论雨滴谱的变化和雷达观测的回波强度对降水估计的影响。结果表明:中值体积直径在对流云降水阶段和层状云降水阶段基本一致,但对流云降水阶段的粒子总数密度远大于层状云降水阶段;对流云降水阶段以双峰型为主,当降水向层状云类型发展时,多峰谱比例增加;雷达观测的回波强度常低于雨滴谱计算的反射率因子,离地面越近两者的相关性越好;根据3个降水阶段分别进行Z—R关系拟合,即分型Z-R关系,通过相对误差分析可知,利用分型Z—R关系反演雨强的效果明显优于整体Z-R关系反演效果,雨滴谱在层化降水阶段估计的相对误差最小、对流云降水阶段反演精度稍低于层状云降水阶段,这与对流云降水中雨强和雨滴谱谱型变化大且快有关;在雷达观测方面,利用分型Z-R关系反演雨强的相对误差较小而雷达观测的误差在对流云降水阶段较小,当降水向层状云降水转化时,雷达观测引起的相对误差增大,这主要是由于对流云降水阶段中雨滴谱仪和雷达对应的回波强度误差最小,也与雷达观测精度、两种仪器采样的时空差异和雨滴谱特征变化等因素有关。     

青藏高原那曲地区一次对流云降水过程的特征分析

利用雨滴谱和Ka波段毫米波云雷达等资料,针对2020年7月21日发生在那曲地区的一次对流云降水过程进行特征分析。结果表明:此次强对流云降水过程表现出明显的日变化特征,对流云在傍晚达到最强。强对流区内存在明显的上升气流和下沉气流,降水最强时雷达回波达到40 dBZ以上,降水过程中最大云顶高度为12 km,最小为720 m。那曲地区Gamma分布相对于M-P分布更适用于对流云小直径粒子（0~1 mm）的雨滴谱拟合,随着粒子直径增大,降水越来越不稳定。      

山西汾阳地区层状云和对流云降水雨滴谱特征

基于多普勒天气雷达和OTT Parsivel激光雨滴谱仪资料对山西汾阳地区2次降水进行分析,对比对流云和层状云降水的雨滴谱特征。结果表明:层状云降水雨滴平均数浓度和雨强分别为286.20个·m~(-3)和1.33 mm·h~(-1),对流云降水雨滴平均数浓度和雨强分别为516.13个·m~(-3)和10.17 mm·h~(-1);对流云降水雨强主要由降水粒子数浓度决定,直径为1—2 mm的粒子对2种云系雨强贡献最大;2种云系不同雨强下雨滴谱分布和雨滴平均谱分布均呈单峰型,对流云降水雨滴平均谱宽大于层状云降水雨滴平均谱宽,Gamma分布对2种云系降水平均谱拟合均存在一定偏差;通过雨滴谱计算的雷达反射率因子估算降水会造成对降水的低估。     

一次冰雹天气成因及雷达回波分析

利用气象单收站和新一代天气雷达资料对2006年4月23日发生在兵团农六师境内一次冰雹天气的成因进行分析,结果表明:当日北疆地区的气压分布有利于冷空气入侵,充足的水汽、下垫面的快速增温以及局地的气流辐合为对流云的形成提供了热力和动力条件,雷达回波径向速度场中的垂直风切变也有利于强对流云的产生和维持。这些结论对今后的强对流天气预报具有一定的指导意义。     

2018年3月4日强对流过程多源资料分析

本文针对2018年3月4日苏州地区冬末春初的一次强对流天气过程,运用S波段多普勒雷达、C波段双偏振雷达、闪电定位仪和雨滴谱仪等资料对强对流天气中尺度特征进行分析,发现综合分析各种新型探测资料对于分类强对流监测预警有一定作用。分析表明:(1)冬末春初强对流发生的各种阈值与汛期强对流形成的阈值明显不同,虽然不稳定能量没有春夏高,但在动力条件下触发低层冷空气强烈抬升暖湿气流,继而引发局地冰雹、下击暴流和短时强降水的发生。(2)双偏振雷达可以有效识别强冰雹;下击暴流发生时反射率因子质心和VIL快速下降,低层风场为辐散及中层有径向辐合特征存在。(3)昆山短时强降水发生时雨滴数密度有突然增大特征。     

沿海地区一次中尺度对流系统闪电活动及降水结构

利用TRMM卫星的测雨雷达,微波成像仪,闪电成像仪等探测数据,研究了2010年8月5日发生在江苏北部一次中尺度对流系统(MCS)的降水结构和闪电活动之间的关系.结果表明:MCS在发展阶段,对流云降水面积与层状云降水区相当;在减弱阶段,层状云降水区面积远大于对流云降水区.MCS的生命史中,大部分闪电发生在对流云区,仅有少数闪电发生在层状云区,在减弱阶段闪电多发生在对流云和层云的过渡区中.发生闪电的层云和对流云降水垂直廓线表明:在MCS的发展成熟和减弱中在4 km高度,层云降水率都达到最大值;在对流云降水区中发生闪电主要与对流云上空含丰富的冰相粒子和对流云发展厚度(顶高达17 km)有关.研究还表明闪电数目最大值一般回波强度在35～45 dBz之间,并非回波越强闪电越多.闪电主要发生在40～50 dBz之间,且明显向强回波区趋近,这对我们利用雷达回波预警闪电落区具有一定的参考意义.     

一次东北冷涡云降水垂直结构特征分析

利用辽宁阜新国家站(121.7458°E,42.0672°N)的毫米波云雷达(8 mm)和微雨雷达(12.5 mm)对2020年8月12-13日东北冷涡影响下的一次降水过程进行了观测,分析了云降水的垂直结构特征并探讨了降水机制。结果表明：本次过程中,云水平方向发展不均匀,以层状云和层积混合云为主,云内有时还嵌有对流泡。云降水阶段性变化明显,先后出现了层状云降水、层积混合云降水和对流云降水。层状云降水和层积混合云降水均表现出明显的亮带特征,但层积混合云降水的雷达回波强度、回波顶高和降水强度明显大于层状云降水。对流云降水的雷达回波会因强降水而产生明显衰减,因此回波顶高不能表示出实际的云顶情况。层状云降水阶段,云雷达反射率随高度降低增长缓慢,雨滴在下落过程中受蒸发和碰并的共同作用,反射率降低。与层状云降水相比,层积混合云降水的碰并效应强,且由于前期降水对近地面的增湿作用,使云下蒸发弱。对流云降水阶段,反射率的增长主要发生在冰水混合层,有利于大滴的产生,拓宽了云滴谱,提高了碰并效率。     

哈尔滨春夏季地面雨滴谱特征分析

本文采用滤纸法观测到的2003年和2004年绥化地面雨滴谱资料,利用称重法得到的地面降水量资料以及2003～2006年哈尔滨雷达站观测到的新一代天气雷达资料。分析了地面雨滴谱谱型、雨强、含水量以及雷达回波强度随时间的变化、雨滴各档尺度对总雨强的贡献等宏、微观特征,雨滴直径和斑迹直径、斑迹面积之间的关系。通过对地面雨滴谱观测和资料处理方法的研究以及获取资料的分析得出以下结论：在不同直径雨滴对地面雨强的贡献分析中发现,贡献较大的降水粒子直径集中在0.7～1.3 mm,也就是说这一范围的雨滴直径对地面降水贡献最大,起主要作用;雨强、含水量和雷达回波强度随时间的变化步调保持一致;层状云的降水谱比较窄,积层混合云较宽;层状云的降水强度范围较窄,对流云的降水强度范围较大,混合云居中;对于层状云降水,M-P分布拟合的效果比较好,混合云效果稍差一些,但也符合M-P分布。     

甘肃一次冰雹过程降水及闪电活动特征

利用热带测雨卫星(TRMM)的测雨雷达(PR)、微波辐射计(TMI)和闪电成像仪(LIS)资料分析2012年8月25日甘肃省一次较强冰雹过程。结果表明,本次过程受3个分散的β中尺度对流系统影响,对流云像素点约为层云的1/2,对流云平均降水率是层云的8.2倍。冰雹云回波顶高度近13 km,回波强度大于55 dBZ的最大高度为7.5 km左右,降水率大于45 mm·h^-1的云层厚度约7 km。降水廓线反映出降水率垂直分布不均匀,对流降水中50、10 mm·h^-1的降水率随着高度的升高先增加后减小,在9 km左右减小明显。此次冰雹过程的闪电发生临近处6 km雷达反射率高于40 dBZ,85 GHz极化修正亮温低于210 K。     

雷达回波强度与雨滴谱参数的相关性研究

在雷达定量探测降水方面,目前大都采用雷达回波强度与降水强度的相关性来定量估算,但雷达回波强度与降水强度并非一一对应。本文利用从庐山和南京收集到的雷达观测资料和同步Parsivel观测到的雨滴谱数据,建立雷达回波强度与不同雨滴谱参数的函数关系,将由确定的函数关系式拟合后的雷达回波强度与雷达实测的回波强度作对比,以检验假定函数关系式的合理性,同时通过对比两地两类云降水拟合值的相对误差,给出了函数关系式中的最优y选项,为雷达定量估算降水量寻找新的途径。研究结果表明:庐山和南京两地两类云降水的雨滴谱参数对雷达回波强度的拟合普遍较好,其中对流云降水的拟合都明显好于层状云降水。两地层状云降水中各个雨滴谱参数对雷达回波强度的拟合曲线都大体相近,而对流云降水中,不同雨滴谱参数对雷达回波强度的拟合曲线差异较大。南京两类云降水拟合的相对误差要小于庐山两类云降水拟合的相对误差。除庐山对流云降水外,DV是两地两类云降水拟合公式中最优的y选项。而庐山对流云降水拟合式中,以N和DP的拟合最佳。     

上海地区几类强降水雨滴谱特征分析

用Parsivel激光降水粒子谱仪资料对2013年上海地区4—10月份期间4种类型 (层状云、对流暖云主导型、对流冷云主导型和强台风影响下的混合暖云型) 降水过程的雨滴谱特征进行了分析。通过平均雨滴谱及其拟合特征、雨滴数密度与含水量分布、雨滴尺度与速度二维谱分布等对比分析发现:各类降水中, 雨滴谱的峰值结构与雨强大小有关, 其中直径介于0.187~1.312 mm的小雨滴均出现峰值且总数最多。各尺度雨滴数密度及其比例决定了其降水量贡献比, 在冷云强降水中的雨强贡献最大的雨滴尺度要显著大于其他3种类型。雨滴谱宽按大小排列依次为对流冷云主导型、混合暖云型、对流暖云主导型和层状云。最后综合运用雨滴谱、雷达、雨量站、闪电等观测资料对9月13日对流冷云主导型降水过程进行分析后发现:在雷暴的演变过程中, 雨滴谱特征与雷达反射率因子、垂直液态水含量、自动站雨强、闪电频次等要素均有较好的相关性。冷云产生的冰晶和冰雹融化后的大雨滴进入中低层的广谱小雨滴群, 并通过破碎分裂增加了大雨滴的形成概率, 尤其是捕捉碰并过程更加快了大雨滴的增长速度, 使雨强在短时间内迅速加强。雨滴谱中各档粒子数的演变, 揭示了降水强度的变化, 用雨滴谱资料可有效弥补现有雷达定量估测降水的偏差, 且在冷云中改善明显。     

石河子地区一次强对流天气综合分析

针对2008年主汛期期间7月25—26日在新疆石河子地区出现的冰雹、雷暴、短时强降水等强对流天气过程,对大尺度的天气形势、卫星云图和新一代天气雷达产品进行分析,剖析了石河子地区出现强对流天气的环流背景以及雷达产品的特征。结果表明：此次过程中高空有明显的低槽不断向该地区分裂干冷空气,并与槽前西南气流和中低层的辐合系统相配合,使得对流有效位能不断积累,不稳定指数不断增大,为这次强对流天气过程提供了有力的动力、热力条件。局地出现的冰雹、雷暴、短时强降水与大于50dBz的回波强度、9km以上的云顶高度和45—50kg／m^2的VIL回波特征,在雷达图上均有较好的对应,且发生地与回波的移动方向相一致。     

湖北一次连续风暴中两次强对流卫星雷达特征及与闪电关系

2018年5月17—18日, 湖北省一次连续强风暴过程中先后出现了不同类型的强对流天气。利用FY-4A卫星、雷达和地基闪电观测等资料, 对相似环境背景下17日夜间鄂西北强对流(第1阶段, 下同)和18日上午鄂东强对流(第2阶段, 下同)的环境背景和天气系统特征等差异进行分析, 提炼卫星雷达和闪电资料对分类强对流的预报依据。(1)此次连续强风暴是副高稳定维持, 西南涡东移, 暖式切变线触发形成的, 强对流出现在副高外围西南气流和低涡东侧的辐合区中, 第1阶段短波快速东移后中高层转为冷平流, 上干下湿的层结利于冰雹和大风出现, 第2阶段则处在槽前暖湿气流中, 湿层深厚, 探空对流有效位能CAPE中等强度, 出现持续性强降水的概率较大。地面中尺度涡旋促使强对流发展维持, 18日冷空气南下是第2阶段雷电密集的主要原因。(2)鄂西北强对流正闪比例较大, 正闪峰值时刻和降雹时刻几乎一致, 零星地闪分布在强回波外侧35~50 dBZ回波中, ≥60 dBZ强回波中并未观测到地闪, 鄂东强对流闪电频次较多, 以负闪为主, 密集的负闪分布在35~55dBZ强回波区, 零星正闪和强回波外围25~35 dBZ层状云对应, 以上雷达特征对分类强对流预警都有很好的指示意义。(3) FY-4A闪电成像仪资料LMI、云顶亮温TBB低值区和二维地闪探测位置吻合, LMI总闪和二维地闪随TBB低值中心移动, 冰雹和对流性大风的TBB更低, 分布在230 K以下, 强降水则在250~270 K。      

伊犁河谷汛期一场短时强降水雨滴谱特征分析

利用常规地面、高空资料、新一代天气雷达资料、雨滴谱资料,对2012年8月3日发生在伊犁河谷的一次较大范围暴雨的天气背景、雷达回波特征和降雨微物理特征等进行深入分析。结果表明,200hPa西西伯利亚西风槽、500hPa中亚低涡和地面冷锋是这次强降雨过程的主要影响系统。河谷喇叭口地形对气流的机械挤压、东高西低地形对对流的触发、地形强迫抬升对对流和降水的增强具有重要影响。这场降水过程属于积层混合云降水,其中大面积的层状云中嵌有多个对流云团,这些云团连接在一起就构成了对流性雨带,通过对暴雨雨滴谱演变分析得出,这次暴雨主要降水由对流性云团造成,对流云团微物理结构存在明显的不均匀性,其中存在多个强降水中心,其水平尺度多维持在10km左右,持续时间维持在5分钟到10分钟之内,降水集中且雨滴数浓度较高,一般在1000m-1个以上,雨滴谱宽及分布差异很大,小于1mm粒子数浓度很高,对雨强的贡献占两成以上。     

通辽市一次强对流天气的环流背景和雷达回波分析

利用常规天气资料和新一代多普勒天气雷达资料产品,分析了2009年7月16日通辽市开鲁县、奈曼旗、科左中旗、科尔沁区遭受雷电、龙卷风、冰雹袭击的天气过程。结果表明：低层有较强的西南气流提供了丰富的水汽条件,中高层有弱冷平流,形成了不稳定的大气层结,为强对流的发展提供了有利的天气背景。同一条对流云带上的两个对流云团合并,在合并处有更强的对流云团,甚至龙卷发生。回波顶高度与反射率因子的强度有一定的对应关系,通常情况下回波顶高度越高,则反射率因子的强度越大,对流越强,发展越旺盛。     

CHARACTERISTICS AND RELATIONS OF LIGHTNING AND RADAR ECHOES FOR STRONG CONVECTIVE RAINSTORMS IN YUNNAN

Based on cloud-ground lightning data and Doppler weather radar echo products, both thecharacteristics and the relations of lightning and radar echoes for strong convective rainstorms over Yunnanare analyzed during the flood season of 2007. The results show that most rainstorms are convective in whichlightning is mostly negative and the negative lightning number accounts for more than 90% of the total.Although the correlation between precipitation and the lightning number is small on the rainstorm day, thelarge day-lightning frequency usually produces heavy precipitation. Hourly evolution of precipitation andlightning frequency shows peak-style characteristics. And their evolution is very coherent in strongrainstorm, but lightning often occurs before precipitation, whose peaks are in phase with or 1-to-2-hourlagged behind that of lightning frequency. Meanwhile the peaks of positive frequency are in phase with orfall behind that of precipitation. When the wind field is heterogeneous in radial velocity, it is conducive toboth the development of convection echoes and occurrence of lightning. Strong lightning-producingconvective rainstorms correspond to strong echo fields and usually result in reflectivity above 30 dBZ andecho top ET of more than 9 km, respectively.     

基于地面雨滴谱资料分析层状云和对流云降水的特征

根据由声雨滴谱仪器测量得到的雨滴谱资料,结合降水云的结构来将降水云系划分成为对流云降水云系和层状云降水云系.分析这两种降水云系中的稳定雨滴谱特征,包括雨滴谱的各种特征直径(平均直径Dm、众数直径Dd、平均体积直径Dv、优势直径Dp、中数直径Dna和中数体积直径Dn)、峰值结构和Z-R关系等.通过对这些量的分析,进一步分析划分降水云系的判据.