梅雨锋暴雨的雨滴谱分析

本文根据1983年6月29—30日梅雨锋暴雨过程的雨滴谱观测资料,分析了这次梅雨锋暴雨的雨滴谱特征,着重分析了雨团内外的雨滴谱特征及其演变情况,并用雷达回波资料进行了解释。此外,还分析了雨强I与雷达反射因子Z等各参量之间的关系。     

2009-2010年梅雨锋暴雨雨滴谱特征

2009、2010年夏季利用Parsivel激光降水粒子谱仪在淮南和南京同时观测到两次梅雨锋暴雨过程,获得了3 617个雨滴谱样本资料.采用阶矩法对Gamma函数进行拟合,分析了梅雨锋暴雨降水微结构特征.结果表明:主雨带和雨带边缘的雨滴谱存在明显差别,处于主雨带中的降水粒子尺度明显大于雨带边缘的粒子尺度;梅雨锋暴雨过程中0.25 mm＜D≤1.0mm的粒子所占比例最大,但对于雨强贡献最大的则是1.0 mm＜D≤2.0mm的粒子;雨滴谱谱型以双峰型为主,几乎不存在无峰型;与其他微结构特征量不同的是,雨滴谱峰值直径Dp随着雨强的增大先增加后减小,而雨滴谱分布参数N0、μ、λ则随着雨强的增大而一直减小,其中μ-λ间存在较好的二项式函数关系;梅雨锋暴雨的Z-R关系为Z=212R1.38.     

2009—2010年梅雨锋暴雨雨滴谱特征

2009、2010年夏季利用Parsivel激光降水粒子谱仪在淮南和南京同时观测到两次梅雨锋暴雨过程,获得了3 617个雨滴谱样本资料。采用阶矩法对Gamma函数进行拟合,分析了梅雨锋暴雨降水微结构特征。结果表明:主雨带和雨带边缘的雨滴谱存在明显差别,处于主雨带中的降水粒子尺度明显大于雨带边缘的粒子尺度;梅雨锋暴雨过程中0.25 mm<D≤1.0 mm的粒子所占比例最大,但对于雨强贡献最大的则是1.0 mm<D≤2.0 mm的粒子;雨滴谱谱型以双峰型为主,几乎不存在无峰型;与其他微结构特征量不同的是,雨滴谱峰值直径D_p随着雨强的增大先增加后减小,而雨滴谱分布参数N₀、μ、λ则随着雨强的增大而一直减小,其中μ-λ间存在较好的二项式函数关系;梅雨锋暴雨的Z-R关系为Z=212R^1.38。     

两次强降水过程雨滴谱特征及差异

利用寿县观测站内的Parsivel激光雨滴谱仪结合观测站雨量数据及雷达基数据,分析了发生在2015年6月26—30日梅雨期间和2015年8月7—10日超强台风"苏迪罗"影响期间2次强降水过程的雨滴谱结构特征及其差异,拟合了雨强与雷达反射率因子之间的关系。结果表明:雨强的大小直接影响雨滴谱的特征参量,且随着雨强增大而增大;梅雨锋暴雨中1.0mm直径≤1.5mm的粒子所占比例最多,雨强贡献率最大;台风雨中0.75mm直径≤1.0mm的粒子所占比例最多,但1.0mm直径≤1.25mm的粒子对雨强的贡献最大,说明较大粒子对强降水的贡献较大。     

台风“利奇马”期间苏州大暴雨物理量诊断和微物理特征分析

采用日本气象厅的最佳台风路径及强度资料、NCEP/NCAR逐6 h细网格再分析数据,分析了"利奇马"暴雨影响相关的云水含量、假相当位温、水汽通量散度、Q矢量、湿位涡等物理量;通过苏州雨滴谱资料,分析降雨强度、雨滴数密度、雨滴平均直径、雨滴含水量、雷达反射率因子、雨滴谱宽等微物理量特征。结果表明降水落区位于环境垂直风切变顺切的左侧。暴雨期间能量和水汽条件较好,低层Q矢量梯度使辐合上升增强,且其非对称性对暴雨落区有指示意义,湿位涡的发展也有利于暴雨的加强;另外,微物理分析表明冷云降水机制使降水效率大幅提高,雨滴谱能较好地反映台风降水特征,强降水主要由层状云中嵌入的对流降水引起。强降水时段雨滴谱的相关微物理量等都呈现较大值。     

2015—2017年夏季南京雨滴谱特征

利用2015—2017年夏季南京地区的雨滴谱数据,对南京在梅雨开始前、梅雨期及梅雨结束后3个不同时段降水的宏微观特征进行分析发现:梅雨开始前对流活动强度偏弱,但对流降水的雨滴平均质量加权直径、分钟级强降水频率和逐小时累积短时强降水的频率为3个时段中最高;天气尺度强迫提供的有利于降水的持续性条件、弱对流强度下充分的凝结过程及微物理相关过程对云粒子的损耗偏弱,是有利于该时段大雨滴形成和降水效率提高的重要因素。梅雨结束后,高温高湿环境易产生剧烈对流活动,导致对流降水的大尺度雨滴样本比例及分钟级极端降水发生频率位于3个时段的首位。层云降水时,梅雨期降水频率、降水率及雨滴尺度平均值均位于首位,小尺度雨滴样本比例最低;有利天气尺度强迫条件下的充分碰并作用是主要原因之一。不同时段雨滴谱谱形参数（μ）与斜率（Λ）之间的二项式关系式的差异与μ的取值有关。     

河北省中南部暴雨雨滴谱特征

基于2016—2017年河北省中南部暴雨过程的OTT Parsivel激光雨滴谱仪观测资料,对3种类型暴雨过程的降水微结构特征参量、不同尺度降水粒子对雨强的贡献、分雨强下的雨滴谱分布、速度谱等进行分析。结果表明:河北省中南部暴雨不同雨强下雨滴谱基本呈现单峰型分布,低槽冷锋类暴雨雨滴谱谱宽最窄,低涡类暴雨次之,暖切变线类暴雨最宽。不同类型暴雨过程粒子平均直径和峰值直径平均值以低涡类最小,低槽冷锋类次之,暖切变线类最大。雨滴体积中值直径和质量加权平均直径均值以低槽冷锋最小,低涡类次之,暖切变线类最大。河北省中南部暴雨过程主要以直径D 1. 0 mm的小雨滴为主,其中1. 0≤D 3. 0 mm的雨滴雨强对总雨强贡献接近70%,D 4. 0 mm的大雨滴数浓度占总数浓度百分比最小,其雨强对总雨强的贡献也最小。3种类型暴雨分雨强对应雨滴谱多呈单峰型分布,呈双峰分布时对应雨强不同。速度谱上不同类型暴雨雨滴数极大值中心位置一致,且位于经验曲线下方。与目前雷达系统采用的标准Z=300~(I1. 40)关系相比,河北省中南部暴雨过程Z-I关系低估低槽冷锋类暴雨降水,高估低涡类和暖切变线类暴雨降水,其中低涡类暴雨偏差最大。     

2021年郑州“7·20”极端暴雨雨滴谱特征及其对雷达定量降水估测的影响

利用雨滴谱仪观测的雨滴谱数据,分析了2021年7月20日郑州极端暴雨的雨滴谱特征,并结合双偏振雷达观测,分析了不同定量降水估测（QPE）方法在此次极端暴雨过程中的性能。结果表明,在此次极端暴雨过程的最强降水时段,雨滴谱表现为很高的粒子数浓度和很大的粒子平均直径;而整个降水过程雨滴谱的截距参数与我国其它地区雨滴谱特征差异不明显,但质量加权平均直径大于其他地区的雨滴谱;在降水最强的2021年7月20日08:00～09:00（协调世界时,下同）前后,雨滴谱的特征发生了显著变化,首先是质量加权平均直径迅速增长,随后粒子数浓度也陡增,从而导致降水率的迅速增强。使用郑州双偏振雷达数据,基于各种QPE方法和参数计算得到了08:00～09:00的雷达反演降水量,并与雨量计观测结果比较。结果表明对于基于反射率的QPE关系（R(Z_H)）,如果不提高或者去除反射率上限进行QPE,会导致降水严重低估,且该方法对参数的准确性较为依赖;基于差传播相移率的QPE关系（R(K_dp)）对雨滴谱差异性敏感度相对较低,其性能主要依赖于差传播相移率的准确性;最优的R(K_dp)关系反演效果比R(Z_H)更好,能达到实际降水量的70%以上。     

雨滴谱谱形参数对梅雨降水模拟能力的影响

实际观测表明雨滴谱的谱形参数(μ_r)具有显著的时空分布特征,而微物理参数化方案中往往将其设定为常数。基于WRF 3.5.1模式中的Milbrandt 2-mon(MY)双参数方案,针对四次典型的江淮梅雨降水过程,利用江淮梅雨的实际雨滴谱观测资料结果,分析MY方案中诊断雨滴谱谱形参数的处理方法对梅雨降水模拟效果的影响。结果表明:利用雨滴谱斜率诊断μ_r的处理方式对梅雨降水的系统性偏差有一定的改善能力,对降水落区分布的局地性特征能够发挥一定的修正作用。较强降水对μ_r的完善表现出更显著的改善倾向。耦合经验公式后,μ_r总体增加,对流层中低层的μ_r随降水强度增加而降低。与μ_r直接相关的雨滴质量加权末速度的增加和雨水含水量的减小是改进试验中降水变化的直接原因。环境场的水汽与动力条件的改变是降水变化的重要间接原因,云物质的响应变化以及降水位置强度的宏观特征演变与此密切相关。强弱降水的改善程度的差异主要源于各自物理量场的响应特征的不同。强降水的暖云云物质特征变化趋势虽与弱降水时一致,但变化幅度等差异显著。弱降水时,物理量场对μ_r的响应特征表现出较为一致的变化趋势和一定的线性特征;而强降水条件下,云物理过程以及同环境条件之间的反馈作用更加复杂,冰云和环境场的响应特征往往没有显著规律可循。     

“海葵”台风(1211号)暴雨雨滴谱特征分析

利用常规气象观测资料、加密自动气象观测站资料、NCEP/NCAR再分析资料以及安徽省滁州、黄山山底站地基雨滴谱观测资料,分析了2012年8月8-9日“海葵”台风暴雨过程的降水特征与环流背景,重点分析了该过程前后两个阶段(即台风本体造成的降水阶段与冷空气入侵引发的降水阶段)降水的雨滴谱特征。结果表明:(1)“海葵”台风降水过程中,安徽滁州站和黄山山底站平均谱谱宽都较大,均有6~8 mm的大降水粒子出现;黄山山底站具有更高的雨滴数浓度和较小的雨滴直径。(2)整个降水过程中,滁州站平均谱接近后一阶段的雨滴谱型,而黄山山底站平均谱接近前一阶段的雨滴谱型;不同雨强下两站的雨滴谱谱型基本相似,且随着降水强度增大,谱宽和雨滴数浓度均呈增大趋势。(3)前后两个降水阶段,滁州和黄山山底站表现出不同的滴谱特征。前一阶段,滁州站雨强(R)、雨滴质量加权平均直径(Dm)和标准化数浓度(Nw)的均值均小于黄山山底站;至后一阶段,滁州站的R、Dm明显增大,均大于黄山山底站。(4)从台风本体降水阶段到冷空气入侵降水阶段,滁州站雨滴谱型变化明显,呈现出谱宽由窄变宽且随雨滴直径增大而雨滴数浓度均增大的特点;黄山山底站雨滴谱型差异不大,表现出谱宽由宽变窄、雨滴数浓度随雨滴直径增大先增后减的特点。     

淮北地区不同类型暴雨雨滴谱特征及其Z-R关系研究

选取2017—2020年淮北地区夏季雨滴谱观测资料对低槽型、副热带高压边缘型、冷涡影响型和台风型4种类型暴雨的雨滴谱进行分析。研究表明淮北地区降水主要以层状云为主,而对总降水贡献率大的却是对流云降水。不同类型暴雨微物理量同样存在差异,低槽型、台风型暴雨的粒子数浓度较大,副热带高压边缘型和冷涡影响型各种特征直径比其他两类大。分析不同尺度雨滴粒子与雨强的关系,小雨滴数浓度占比超过60%,但对雨强起主要贡献的是中粒子,不同类型暴雨的差异主要是由小雨滴和大雨滴对雨强贡献率的差异造成的;并且随着雨强的增大,小雨滴的贡献率逐渐降低,大雨滴增大。不同雨强档下的雨滴谱分布基本呈单峰型,随着雨强增大各尺度档粒子数浓度升高,谱宽增大,斜率逐渐减小;当雨强增大时质量平均直径（D_m）-标准化参数（lgN_W）分布趋于集中,D_m和lgN_W的平均值分别为1.15 mm和3.79 mm?1m?3;通过Γ分布拟合发现,低槽型和台风型暴雨谱分布参数的平均值和标准差大于另外两类;除标准化参数的偏度为负值外,其余各参数的偏度均为正值;不同类型暴雨谱型-斜率（μ-Λ）及反射率因子-雨强（Z-R）略有差异。研究得出的淮北地区暴雨Z-R关系为Z=164.4R1.42,相比之下,目前雷达系统采用的标准关系式低估了淮北地区暴雨降水量,尤其在评估低槽型和台风型暴雨时误差较大。      

山东6次台风暴雨雨滴谱统计特征及区域差异北大核心CSCD

利用多普勒天气雷达产品、降水天气现象仪观测资料和热带气象最佳路径数据集,针对2018—2021年6次影响山东的台风暴雨过程的降水特征,分析台风影响代表站暴雨雨滴谱和积分参数的变化特征。结果表明:不同台风进入山东之初的微物理特征不同,台风安比(1810)、台风温比亚(1818)、台风巴威(2008)和台风烟花(2106)偏海洋性,台风摩羯(1814)和台风利奇马(1909)偏大陆性。经过不同距离、受不同环境影响后,台风暴雨的微物理特征出现变化。参数间的统计关系显示,大陆性和海洋性对流云降水存在差异,如μ-λ统计关系等。Z-R关系较复杂,大陆性和海洋性对流云降水过程,Z-R关系无明显差异。平衡雨滴谱占比为0.8%~29.3%,较高占比(大于7.0%)平衡雨滴谱既可出现在海洋性对流云降水过程,也可以出现在大陆性对流云降水过程;过渡雨滴谱占比为22.8%~77.8%,高比例(大于50.0%)过渡谱主要出现在大陆性对流云降水过程。     

微雨雷达在宁波典型降水过程中的表现特征

利用宁波微雨雷达(MRR)数据,进行仪器观测雨强评估,在此基础上,分析了宁波地区三次典型过程的雨滴谱和降水特征量分布情况,并对降水特征量在雨强预报中的应用做了初步分析。结果表明,MRR具备较可靠的降水观测能力,三次过程中雨滴粒子浓度均随雨滴直径增大而减小。西风槽和梅雨过程雨滴谱基本相似,液态水含量均较小且变化不明显;而台风"黑格比"雨滴粒子浓度更高,粒径范围更大,液态水含量显著提高且随高度降低而减小,粒子有效直径随高度降低明显增大,粒子数浓度明显减小,说明台风中雨滴碰并增长作用较强,大量小粒子相互碰并成大粒子。整层积分的液态水含量和整层平均的粒子有效直径对降水强度预报有较好的指示作用,二者变化均提前于降水强度变化约10min左右。     

江淮梅雨锋暴雨过程Q矢量分析及落区预报

应用Ｑ矢量分析方法对２０次伴有暴雨的江淮梅雨锋过程进行分析，揭露了梅雨锋暴雨期对流层低层Ｑ矢量散度场的分布特征以及中、低空主要天气系统和暴雨带之间的时空配置关系，指出了Ｑ矢量散度场对江淮梅雨暴雨的落区有较好的预报意义。     

2011年6月江淮梅雨暴雨主要影响系统特征

利用江淮梅雨期逐日降水资料与NCEP/NCAR的FNL分析资料,对2011年夏季江淮梅雨主要影响系统及环流特征进行了分析.结果发现,与典型梅雨期阻塞形势不同,2011年梅雨期中高纬阻塞形势有移动性特征,冷空气由于中高纬环流的发展导致极涡分裂南下而至;中高纬弱阻塞形势引起的切断槽提供了梅雨暴雨的动力条件;西北太平洋副热带高压脊线的变动是梅雨暴雨发展的决定性因素.同时分析了梅雨锋面系统、急流及其引发的高低空次级环流和干冷空气的侵入对暴雨的影响机制.     

2020年江苏省梅雨异常及暴雨日气候特征分析

利用ERA5再分析资料和江苏省自动站降水数据等,结合江苏地区入、出梅标准,分析了2020年江苏省梅雨的时空分布异常特征,从梅雨特征量和大尺度环流因子等特征,揭示了梅雨异常的关键因子,并对暴雨日的大尺度环流特征进行合成分析,得到影响梅汛期暴雨的关键环流因子。结果表明:(1)2020年江苏省梅雨时空分布显著异常,入梅早、出梅晚,梅期达51 d,比常年平均多出一倍;沿江以南和沿淮东部地区梅雨总量为常年平均的2.5倍;梅汛期共15个暴雨日,强降水持续时间长,区域范围大,整体雨强大。(2)梅雨特征量较好的反映了江苏省梅雨的入出梅时间,当特征量显著增强北抬对梅雨期的开始有较好指示意义,当特征量再次北抬,则梅雨季结束,各特征量均呈现一致的时间变化特征。特征量在梅雨期间的异常波动均与暴雨过程相对应,2020年梅雨特征量的多个异常高值中心反映了梅雨期暴雨过程频繁、降水极端性强的特征。(3)梅雨期间大尺度环流形势异常,西太平洋副热带高压呈显著正异常,强度偏强,脊点偏西,引导其西北侧的西南暖湿气流向江淮地区输送,同时北方位势高度偏低,东北冷涡强度略偏强,浅槽活动频繁,携弱冷空气南下与暖湿气流交汇,形成稳定维持的梅雨锋,是超强梅雨形成的主要环流因子(4)印度洋和孟加拉湾、西北太平洋是江苏省梅汛期暴雨的重要水汽源地,通过强烈的西南风,将暖湿气流向长江下游地区输送,配合上空的强烈辐合抬升运动,导致该地区水汽积聚并稳定维持,有利于出现梅汛期暴雨天气。     

梅雨锋暴雨中尺度对流系统研究若干进展

梅雨锋暴雨中尺度对流系统是暴雨的直接影响系统,对其结构特征、活动规律及其发生发展的物理机制的深入研究,对提高梅雨锋暴雨的预报能力有重大意义。近年来对梅雨锋暴雨中尺度对流系统的研究取得了很大进展,文章对梅雨锋暴雨中尺度对流系统研究的若干进展作了简要综述,包括梅雨锋暴雨云系多尺度结构、梅雨锋暴雨的β和γ中尺度系统发生发展的环境条件和结构、云微物理分布和转化特征及其对热力动力过程反馈等方面,并对有关问题进行讨论。     

梅雨锋暴雨的中尺度结构和边界层特征

对１９９０年两场梅雨锋暴雨的地面中尺度结构作了较详细的分析研究，并利用加密观测的铁塔和低探资料，揭示了梅雨锋暴雨各阶段边界层热通量和动量通量特征。     

梅雨锋降水带中不同地域大暴雨成因的对比分析

利用NCEP再分析场、红外卫星云图的TBB值和常规观测资料对2003年7月9—10日长江流域梅雨锋上的一次大暴雨天气过程的成因进行了分析。结果表明：这次梅雨锋暴雨是在有利的高、中、低层系统配置下，不同纬度带环流相互作用的结果，中β尺度深对流系统是暴雨的直接影响系统。但梅雨锋西段和东段暴雨的影响系统不完全相同。这次梅雨锋的锋面结构既有典型梅雨锋的一般特点，又有其独特的特征，在该次梅雨过程中不同地区梅雨锋的结构不同，梅雨锋的结构是多样的。     

梅雨锋上的三类暴雨

根据观测分析研究,概括出长江流域梅雨锋上主要有三类暴雨:梅雨锋上β中尺度的对流性暴雨、梅雨锋东部(115°E以东)的初生气旋暴雨、梅雨锋西端深厚高空低压槽前部的持续性强暴雨.第一类暴雨局地性特征明显,其范围一般小于300 km,暴雨的瞬时强度大,暴雨发生所需的强上升运动由局地强的对流有效位能(CAPE)释放的浮力抬升引起.第二类和第三类暴雨的共同点在于都有明显的大尺度强迫过程,大尺度的动力强迫使持续暴雨所需的垂直上升运动得以维持.后两类暴雨的数值预报效果较第一类的好,比梅雨锋上β中尺度暴雨预报更容易掌握.