激光雨滴谱仪测速误差对雨滴谱分布的影响

该文研究PARSIVEL激光雨滴谱仪的测量误差并提出订正方法。对2014年在广东阳江的PARSIVEL激光雨滴谱仪采集的两次降水过程数据进行分析发现,雨滴下落速度V随粒径D变化与静止大气中雨滴下落末速度随粒径变化的Atlas-Ulbrich曲线分布趋势一致,但D < 1 mm及D > 3 mm的速度偏差较大。其主要原因是大粒径雨滴形变造成速度偏离较大,仪器测量误差造成小粒径测速偏大,激光雨滴谱仪所在高度的大气垂直运动影响雨滴下落速度。根据PARSIVEL激光雨滴谱仪测量原理,基于雨滴形变与粒径关系,给出形变订正后的Atlas-Ulbrich修正曲线,并用于对小粒径测速订正。比较订正前后的雨滴谱分布,订正后的小雨滴浓度明显增加,大雨滴浓度略有减小,订正后浓度参数和斜率参数均增加,形状参数变化不明显。     

基于激光雨滴谱仪的一次降水云滴谱特征分析

利用2012年4月30日湖北省发生的一次降水过程中收集到的地面雨滴谱资料,对不同站点对流性降水和层云性降水雨滴谱特征进行分析,并将激光雨滴谱所测降水与自动站雨量计降水进行对比分析。研究表明:不同类型降水粒子平均体积直径、优势直径、中数体积直径差异显著;对流性降水粒子谱为单峰型分布,层状云降水粒子谱为双峰型分布特征;激光雨滴谱仪和自动站雨量计观测到的小时降水量变化趋势基本一致,定量分析发现,激光雨滴谱仪测值相对与雨量计测值存在系统性偏低的情况,且雨强越大,测量偏差越大。      

黄河上游玛曲地区雨滴谱特征的观测研究

为了解决近年来黄河流域水资源短缺的现象,2000年由青海省气象局组织及多个单位合作,在黄河上游进行了人工增雨试验。通过对玛曲地区雨滴谱的分析,推测玛曲当地的雨滴较大,这对在当地实施人工增雨提供了观测依据。另外,通过分析得到当地积云降水的雷达反射率因子和雨强的相关关系式,该公式可以作为利用雷达定量测量高原地区降水的参考。分析发现,虽然高原地区冷雨过程是主要的降水机制,但是暖雨过程仍然对降水有贡献。通过对雨滴谱资料的分析,可以促进对高原地区云物理特征的了解。     

宁夏盛夏层状云降水雨滴谱特征分析

利用1982年7月在宁夏银川机场地面4次观测获取滴谱资料, 分析了宁夏夏季层状云雨滴的瞬时和平均谱及有关物理量的特征,总结出了层状云降水的一些主要特征.文中给出了4次降水的平均谱分布及谱参数的演变,进行了M-P分布的拟合分析,得出雨滴谱基本符合M-P分布.还分别建立了雷达反射率因子、雨强和雨水含量之间的相关关系,并分析了层状云降水的特点以及与积雨云、混合云的特征量进行对比,总结出三种降水的不同之处.     

利用激光降水粒子谱仪研究雨滴谱分布特性

利用Parsivel激光降水粒子谱仪2009年3—6月在南京观测获取雨滴谱资料,分类对各次降水过程雨滴谱进行Gamma分布拟合,对比分析了南京地区不同云系降水的雨滴谱分布特征以及Gamm a分布参数相关特性,并且讨论了"标准化"Gamma分布参数随雨强及雷达反射率因子的变化关系。结果表明:用Gamma分布拟合本次试验不同云系降水的雨滴谱分布精度都比较高;"标准化"的Gamma分布参数较Gamma分布参数更具有物理意义,且其参数μ和Dm与雷达反射率因子Z均具有较佳的对应关系,μ随Z的增大依次递减,Dm则随Z的增大呈指数型递增。     

试用非参数回归方法拟合雨滴谱分布

将2002年7月11日在吉林省观测的雨滴谱按谱型分为3类,采用不假定也不固定函数形式的非参数回归方法进行拟合,并与传统的参数回归方法,即M—P分布和Gamma分布的拟合效果作了对比研究。结果表明．非参数回归方法对观测资料的拟合效果明显优于传统方法,拟合结果与观测值的相关系数均大于0．98。计算得到的数浓度．含水量．雨强等与观测值也都具有很好的一致性。说明非参数回归在雨滴谱分布拟合应用中具有适用面广和稳继性好的特性．并且可以实现不同谱型雨滴谱分布模式的统一。     

雨滴谱分布函数的选择:M-P和Gamma分布的对比研究

M-P分布和Gamma分布是常用的两种雨滴谱分布函数。利用PMS GBPP-100型雨滴谱仪2003年7-8月在沈阳观测的雨滴谱资料,采用阶矩法对两种分布函数进行拟合,对比分析两种分布函数对谱及数浓度、雨强和雷达反射率因子的拟合效果。结果表明,在降水较弱、小滴偏少时Gamma分布会低估小滴,而M-P分布会高估小滴;降水强时,两种分布均低估小滴。M-P和Gamma分布对数浓度、雨强和雷达反射率因子这些特征量的拟合效果,在降水较强时差异很小,在降水较弱时差异较大。Gamma分布的代表性更好。此外,还讨论了两种分布的参数和雨强的关系。     

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.     

新疆天山山区雨滴谱特性及分布模式

利用2001年6、7月份的新疆天山山区降水资料，对其山区中雨滴谱谱型进行了M—P分布和Г分布拟合分析，研究了微结构参量演变特征同时分析了各档雨滴对总数密度、总雨强的贡献，及大滴的破碎、小滴的形成情况，讨论了天山山区的降水与其他地区降水的异同点。     

基于迭代重加权最小二乘法的雨滴谱函数拟合研究

传统的雨滴谱函数的拟合方法在不同的降水类型和不同分布函数下,可能存在拟合出来的雨滴谱函数与实际数据差异过大的情况,基于此问题,本文提出一种基于迭代重加权最小二乘法(Iterative Reweighed Least Square, IRLS)的雨滴谱函数拟合方法。利用Parsivel激光雨滴谱仪2019年7—10月在海南安定获得的225组层状云降水样本和110组对流云降水样本数据进行实验,通过不断更新权值,迭代计算,从而求出待估计参数。模拟结果表明了该方法应用在不同降水类型和不同分布函数下,对比阶矩法和最小二乘法得到的拟合优度都是最接近1的。     

夏季雷州半岛强降水雨滴谱个例分析及降水与闪电相关性统计分析

利用2007年8月在雷州半岛观测雷暴获得的雨滴谱和地闪资料,重点分析了8月6日遂溪、湛江一次雷暴云降水个例的雨滴谱特征,对闪电特征与降水的相关性进行了统计分析。结果表明,遂溪站的雨滴谱谱型多为双峰或多峰型,而湛江站的雨滴谱谱型多呈单峰型分布;平均雨滴谱符合Gamma分布;雨强I10mm/h时发生地闪的频率较高,且发生地闪频率随着距测站的距离减少而增加;随着雨强的增大发生正地闪的概率明显增加;降水过程中的闪电频率和距离校准后闪电电流强度的相关性表明,地闪发生的距离越近,频率越高对应雨滴谱谱宽越宽和降水强度越大。     

北海一次强降雨过程的雨滴谱特征分析

基于北海国家气候观象台的自动雨量站和激光雨滴谱仪观测资料,针对2019年08月17日00∶00—18∶00出现持续性降雨过程进行雨滴谱特征初步分析。结果显示：（1）激光雨滴谱仪和自动雨量站累积降水量具有很好的一致性;（2）分钟粒子数和分钟降水量呈正相关,但降水量不仅由粒子个数决定,还取决于雨滴的直径;（3）谱宽和降水粒子数随时间起伏变化基本同步,决定了降雨强度;（4）特征直径之间线性关系较好,可互相包容,能反映降水粒子大小。综上激光雨滴谱仪在不同速度、直径通道观测的雨滴粒子是可信的,可反映实际降雨情况;降雨强度主要由大雨滴决定;在遇到短时强降雨时,雨滴重叠会导致激光雨滴谱仪观测的降雨强度和累积降水量偏大。     

辽宁地区不同降水云系雨滴谱参数及其特征量研究

根据2013—2014年5—10月西安地区观测得到的雨滴谱数据,结合C波段新一代多普勒天气雷达的观测资料,对西安地区43次积层混合云降水的平均雨滴谱分布、微物理特征量及雷达反射率因子Z和雨强R的关系进行统计分析。结果表明：积层混合云降水的平均雨滴谱呈单峰型,Gamma分布对降水大粒子的拟合明显优于M-P分布;积层混合云中雨滴数浓度最大值及对雨强贡献最大值均出现在雨滴直径小于1 mm的范围内;利用最小二乘法建立了西安地区积层混合云的Z-R关系Z=168R^1.43;当雨滴谱数据计算的回波强度小于（大于）30 dBz,雷达对回波强度有明显高估（低估）现象,针对此现象提出了积层混合云雷达回波的5档修正方案;利用Z=168R^1.43估算西安积层混合云降水个例的降雨量更接近实测降雨量,估算降雨量的相对误差从51.3%减小到25.4%。

     

对积雨云、层状云降水雨滴谱个例对比分析

利用北京市人工影响天气办公室2008年获取的典型积雨云、层状云降水过程雨滴谱资料,通过雨强、雨滴空间浓度、最大雨滴等特征值对比分析了两类降水过程的微物理特征。,个例中积雨云和层状云的谱宽分别是6mm和4mm,但雨滴算数平均直径都是0．96mm,在过程平均空间浓度上积雨云高了近一倍,达到318m^-3而两个例中直径超过1mm的雨滴所占总空间浓度的比例均接近1／4、积雨云强中心和边缘的降水雨滴谱、雨强的差别很大,强中心直径大于4mm的大滴占总雨强的比例达到55％,谱宽达到6mm,而强中心过后的降雨边缘谱宽则小于4mm。稳定的层状云降水的雨滴谱、雨强在时空上存在分布不均匀和大、小滴空间浓度反向变动的特征。     

国外雨滴谱分布函数的数值试验结果

采用文献［１］方法，对国外温带地区（北威尔士）＾［２］、亚热带地区（瓜得罗普岛）＾［３］和热带海洋（ＧＡＴＥ－１９７７）＾［４］雨滴谱分布进行了数值试验，结果表明：伽玛分布（ｎ（Ｄ）＝ａ．Ｄ＾ａｅ＾－λＤ）能很好地拟合这些实测雨滴谱，特别是非单调下降谱用伽玛分布拟合明显优于Ｍ－Ｐ分布拟合，Ｍ－Ｐ分布仅是伽玛分布的一个特例（α＝０）。     

一次飑线过程的雨滴谱特征研究

利用4台Thies激光雨滴谱仪组成的观测网和CINRADA/SA多普勒雷达观测资料,通过单点雨滴谱和积分参数时间序列分析、以及γ谱拟合参数和Z-R关系等的统计分析,研究成熟平行层状飑线不同部位雨滴谱和积分参数的演变特征。结果表明,不同部位雨滴谱和积分参数演变特征存在明显差别,但有一致的基本特征,即在雨强增大阶段为较小的小粒子数浓度,较大的大粒子数浓度和谱宽,而雨强减弱阶段为较大的小粒子数浓度,较小的大粒子数浓度和谱宽,所以,雨强增大阶段具有较低的雨滴浓度和较大的雷达反射率因子,以及较小的γ谱斜率参数λ和形状参数μ。但有时雨强减弱阶段存在较大的大粒子数浓度和谱宽,因此,具有较大的雷达反射率因子;统计表明,γ谱三参数N0、μ、λ与雨强的关系可以用幂函数拟合, N0随雨强增大而增大,μ、λ随着雨强的增大而减小。λ-μ关系可以用二次多项式拟合,对流云Z-R关系为Z=324R1.60。不同部位雨滴谱演变特征的差异对Z-R关系等统计关系影响明显,但对λ-μ关系影响较小。平行层状飑线不同部位雨滴谱和积分参数演变特征与拖曳层状飑线对流带典型雨滴谱演变特征类似,但也存在一些明显差别,这些差异是否与平行层状飑线动力结构的不同有关,尚需进一步的研究。      

雨滴尺度谱谱参数和形状因子的分析

作者计算了３次降不过程的雨滴尺度谱参数，并进行Ｍ－Ｐ分布拟合和Г分布拟合。同时还计算了雨滴谱形状因子Ｓ（Ｚ，Ｒ），分析了形状因子与雨强之间的关系。     

河南省层状云降水雨滴谱特征分析

利用2015-2017年河南省层状云降水过程的Parsivel(Partical Size and Velocity)激光雨滴谱观测资料,对层状云降水的雨滴数浓度、含水量、雨滴直径等微物理参量特征及不同尺度的降水粒子对雨强的贡献进行了统计分析,并采用2种拟合方法对层状云降水雨滴谱进行了拟合。结果表明:河南省层状云降水的空间结构不均匀,各微物理参量的变化存在着起伏,雨滴数浓度为10²个/m³量级,个别达到10³个/m³,含水量在10^-2~10^-1 g/m³,粒子平均直径<0.5 mm左右,统计的不同台站平均最大粒子直径为1~2 mm,雨强平均值不超过1 mm/h。直径为<2 mm的雨滴对雨强的贡献占96.23%,直径小于1 mm的雨滴对数浓度的贡献最大。雨强是由雨滴最大直径、平均直径和数浓度3者共同决定。层状云降水雨滴的谱分布较窄,滴谱曲线比较平滑。降水开始时,谱型为单峰结构;降水处于稳定阶段时,谱型为双峰和单峰相结合的结构。层状云拟合M-P分布和Г分布偏差均出现在直径<1 mm的小雨滴端,对于微小粒子随直径增大而增多导致的曲线弯曲没能表现出来,相对而言Г分布拟合效果明显略优于M-P分布的拟合效果。河南省层状云降水的2种分布形式分别为N(D)=7373.9exp(-3.67D)和N(D)=10492.05D1.62exp(-5.11D)。     

两种不同雨滴谱分布的分析

为了拟合实际观测的雨滴谱资料,采用不同阶数矩确定谱分布函数的谱参数。由此确定的M P分布函数和Γ分布函数在计算不同阶数矩对应的物理参量时存在差别,矩的阶数越高,差别越大。当粒子直径满足一定条件时,矩计算的积分截断效应可以忽略。