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%。     

山东北部一次夏末雹暴地面降水粒子谱特征

为了更好地认识雹暴等强对流降水的微物理特征,利用降水现象仪观测资料和CINRAD/SA-D双偏振天气雷达的粒子相态识别和反射率因子等产品,分析2019年8月16日出现在山东北部的一次雹暴降水的雨、冰粒子谱（包括直径2~5 mm的霰粒子和直径大于5 mm的冰雹）的识别以及雨滴谱的演变特征,结果显示:济南双偏振天气雷达0.5°仰角PPI上在德州和陵县观测点附近识别的粒子主要为雨滴,临邑为冰雹加大雨;安装在3个观测点的降水现象仪均识别出少量冰粒子,3个观测点的冰粒子谱数密度低、分布不连续。雹暴降水开始阶段,出现少量大雨滴,这是风的筛选和蒸发作用导致的雨滴谱,具有低的小粒子数密度和较多大雨滴;雹暴强降水增大阶段,雨滴谱特征是小雨滴数密度偏低、大雨滴较多,即总的雨滴浓度低、雷达反射率因子高;雨强减弱阶段,小雨滴数密度显著增大、大雨滴数密度偏少,即总的雨滴浓度显著增大,但雷达反射率因子偏低。     

黄山雨滴下落过程滴谱变化特征

利用2011—2012年4—10月安徽省黄山山顶和山底两个站点同时采集的雨滴谱数据,共选取17个降水个例,将17个降水个例分为对流云降水和层云降水,对不同高度和不同云系降水雨滴谱特征分析得出以下结论:对于不同云系的降水,山顶平均雨滴数浓度大于山底,平均峰值直径和平均质量半数直径在下落过程中均增加,平均雨强和平均雷达反射率因子变化幅度较小。不同云系的雨滴在下落过程中,雨滴谱谱宽变化较小,但雨滴谱均从M-P (Marshall-Palmer) 分布转向了Gamma分布。降水粒子在下落过程中,大部分通道的数浓度均出现损失,最大损失超过50%,随着粒子尺度增加损失逐渐减少,大粒子数浓度在降落时有所增加,增加幅度为10%左右,降水粒子的碰并和蒸发过程很可能是造成降水粒子下落过程中滴谱变化的两个主要原因。     

关中地区对流性降水雨滴谱特征分析

为了研究关中地区对流性降水微物理特征的差异,对Parsivel激光降水粒子谱仪2012年夏季的观测结果进行统计分析。选取2012年7月13日和30日两个天气过程,分析了对流性降水雨滴谱时间演变特征、雨滴谱分布、平均直径、众数直径、优势直径、中数直径等参数特征,对对流性降水雨滴速度和直径的关系进行了讨论。结果表明:关中地区对流性降水雨滴谱分布符合伽玛分布;雨滴在0.5~2.0 mm之间的粒子约占总降水的80%;平均直径均大于1.15mm,优势直径均大于1.5 mm,平均体积直径均大于1.2 mm,中数体积直径均大于1.5mm;雨滴末速度同直径具有指数关系。     

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)。     

昭苏夏季层状云和对流云降水的雨滴谱特征

利用2020—2021年昭苏地区夏季的雨滴谱数据，研究层状云和对流云降水的微物理参量及雨滴谱特征。结果表明：对流云降水的粒子数浓度和粒子直径明显偏大，较大的粒子直径和粒子数浓度使得其降水强度和液态含水量远大于层状云降水。两类降水云的雨滴谱均为单峰结构，峰值直径主要分布在0.5～0.625 mm，对流云降水的雨滴谱谱宽明显大于层状云降水。两类降水云的雨滴直径和粒子数浓度与青藏高原中部的观测值相近，且昭苏地区的对流云滴谱更倾向于大陆性对流簇。研究结果有助于加深对昭苏地区降水的微物理特征及其演变规律的理解。     

柳州2022年“龙舟水”过程一次降水的雨滴谱特征分析

利用柳州国家站DSG5型降水现象仪（雨滴谱仪）对柳州2022年6月16日18时—17日11时暴雨过程的雨滴谱特征进行分析,并与自动雨量传感器（雨量筒）数据对比,探究不同雨强范围雨滴谱特征。结果表明：（1）雨滴谱仪和雨量筒的累积降雨量具有很好的一致性,相关性系数达到0.99;降水量与分钟粒子数呈强相关（0.82）。（2）降水量的多少不仅仅由雨滴粒子的数量决定,还取决于雨滴粒子的直径;本次降水主体以粒径小于3 mm的雨滴粒子为主;降水贡献主体以1～4mm的雨滴粒子为主。（3）雨强增大,雨滴粒子数密度逐渐增大,小雨滴更容易合并成大雨滴。（4）无论雨强大小,粒子数占比均随粒径区间的增加而下降,小雨滴粒子占比始终最高;随着雨强增大,小雨滴（D≤2 mm）降水贡献率占比下降,大雨滴（D> 2 mm）降水贡献率占比升高,进一步表明雨强增大,对流增强。     

基于多源探测资料对四川一次冰雹天气的分析

利用多普勒雷达、地基微波辐射计、激光雨滴谱仪等资料,分析了宜宾2017年4月13日一次降雹过程,探讨新型探测资料在冰雹监测预警中的应用。研究结果表明:(1)阶梯槽是冰雹天气过程重要的环流形势,短波北槽触发了大气不稳定能量的爆发释放。0~6km存在较深厚的垂直风切变,0℃高度出现在约3.5km处。(2)此次降雹过程的回波特征为多单体强风暴,垂直结构上有回波悬垂和弱回波特征区,VIL有四次明显的跃增,20:44VIL密度值> 4g·m-3。(3)降雹前,0~10km相对湿度垂直分布存在“上下干,中间湿”的3层结构,K指数为40℃,降雹开始后相对湿度垂直分布存在“上干下湿”的2层结构,K指数波动较大;大气水汽总含量、大气液态水总量急剧增长,降雹发生在二者的波峰上。(4)雨滴谱仪观测到的降雹时段为20:56~21:19,最大冰雹直径为8.5mm;降水粒子的直径较小,大多数粒子直径只有0.2~1mm,雨滴谱呈双峰型分布特点,双峰上雨滴谱谱宽加大,雨强增大。      

一次冰雹天气过程的多源资料观测分析

利用地基微波辐射计、风廓线雷达和雨滴谱仪等观测资料,对2015年4月28日发生在南京的一次冰雹天气进行了分析,探讨新型探测资料在冰雹监测预警中的应用。结果表明:(1)华北冷涡后部冷空气南下,与低层暖湿气流交汇,是产生这次冰雹的天气背景;高空冷平流叠加在低层暖湿气流之上,使得对流层中低层形成不稳定层结;地面辐合中心及辐合线是降雹的触发机制。(2)微波辐射计监测显示,降雹期间冰雹云中上升气流将底层空气的感热和潜热向上输送,导致2 km以上大气有明显升温,由于低层水汽聚集及冰雹在近地层融化造成降雹时近地层相对湿度、水汽密度增大。冰雹发生在云液态水含量快速增长的波峰上,对冰雹的发生具有较好指示意义。(3)对比南京3站风廓线雷达资料表明各站上空环境风场存在一定差异,六合地区降雹前6 km高度高空急流有利于六合上空形成有利的辐散形势,降雹时0~6 km存在较深厚的垂直风切变,配合地面中尺度低压,降雹最为强烈;南京站降雹时,对流层中下层有一槽过境,而高淳地区冰雹由近地面垂直风切变激发。(4)六合站、高淳站雨滴谱仪分析表明不同降水相态对应的滴谱特征有差异,两站雨滴谱型分别呈指数型、多峰型分布。高淳站雨滴谱仪监测到直径达到15 mm的冰雹粒子,六合站冰雹直径最大为5 mm。两站速度谱大致为单峰型,在较强降水时刻,粒子下落峰值速度在3~4 m·~(-1)。(5)影响六合的超级单体存在钩状回波、回波悬垂、三体散射等雷达回波中尺度特征,地面中尺度低压系统、中低层的中气旋及高层的辐散环流配置造成了雹云中维持较强的旋转上升气流,有利于出现大冰雹。     

庐山不同高度雨滴谱分析

选取在庐山不同高度处测得的一次对流云降水过程资料,结合Hu等相关研究结果,分析了雨滴下落过程中各种物理机制的重要作用,并采用两种不同的水滴下落末速度经验公式,分别比对了不同高度处雨滴下落的末速度.所得结论如下:蒸发作用降低了小雨滴(D≤0.3 mm)和较大雨滴(1.5 mm＜D＜3.0 mm)的数浓度,增加了中等大小雨滴(0.3 mm＜D≤1.5 mm)的数浓度.大小雨滴在降雨不同时期和不同高度对含水量的贡献是不同的.雨滴直径在0.5～5.0 mm区间内,下落末速度经验关系式V(D) =9.65-10.3e-0.6D适用于海拔较高处;雨滴直径大于5.0 mm时,经验关系式V(D)=3.778D0.67适用于海拔较低处.     

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。     

武汉一次短时暴雪过程的地面雨滴谱特征分析

利用Thies Clima激光雨滴谱仪(TCLPM)和站点加密观测资料,对2011年2月12日发生在武汉的一次短时暴雪天气过程的演变特征进行了初步分析。结果表明:人工观测与激光雨滴谱仪自动探测的累积降雪量较为一致,均为5.6 mm。该短时暴雪过程,先后经历降雨、雨夹雪和纯雪三个阶段,且激光雨滴谱仪监测到了这三种降水相态对应的不同滴谱特征,即:降雨阶段,粒子下落速度大而粒径小;纯雪阶段,粒子下落速度小而粒径大。同时,监测到三个阶段雨滴谱型的变化较明显,其经历了单峰、波动再多峰的演变过程,谱宽与数浓度呈明显增加趋势。降雨强度与反射率因子和粒子质量加权平均直径呈正相关:雨强大对应反射率因子和雨滴平均直径值大,雨强小对应反射率因子和雨滴平均直径也小。     

庐山层状云和对流云雨滴谱比较分析

本文从庐山近3 a的雨滴谱观测资料中选取数例层状云降水和对流云降水个例,通过对两类云降水的平均雨滴谱分析拟合、各微物理量演变以及速度谱的对比研究,得出以下结论:庐山对流云降水的平均雨滴谱很宽,有直径大于10 mm的大雨滴出现。Γ分布,对层状云降水拟合,较MP分布差,而对对流云降水拟合,较MP分布好。两类云降水的雨强变化都是由最大雨滴直径和粒子数浓度共同决定的,但对于对流云降水,最大雨滴直径的决定作用更为重要。雨滴直径较小时,两类云降水的实测速度大于经验公式值;而雨滴直径较大时,实测速度值分布在经验公式曲线两侧,但对流云降水的分布偏差要大于层状云降水。     

利用Ka波段毫米波雷达功率谱反演云降水大气垂直速度和雨滴谱分布研究

利用中国气象科学研究院2016年华南云降水试验中Ka波段毫米波雷达探测一次层状云降水过程,开展了云内大气垂直速度和雨滴谱的反演研究,并与地面激光雨滴谱仪和微降水雷达的测量雨滴谱结果进行对比分析。首先,采用小粒子示踪法从功率谱密度中反演大气垂直速度以得到静止空气条件下的功率谱密度,进而利用粒子下落末速度-粒子直径关系反演出雨滴谱,最后进行标准化的Gamma分布拟合。研究表明:(1)云降水从零度层到地面1 km,主要由下沉气流主导,近地面大气浮游粒子和直流干扰造成的晴空杂波会影响雷达的功率谱分布;受动态范围限制,回波强度过饱和现象会影响近地面大气垂直速度的反演结果;(2)毫米波雷达CR、微雨雷达MRR和地面雨滴谱仪测量回波强度存在一定差异,MRR相较于CR与地面雨滴谱仪测量偏差较小;在稳定降水时CR和MRR功率谱密度对比较为一致;(3) CR和MRR反演雨滴谱对比实验中,雨滴谱反演对大气垂直速度十分敏感,大气垂直速度的变化,会使CR反演雨滴谱随着高度增加数浓度量级变大、粒子平均半径变小。CR反演的雨滴谱与M RR反演结果基本一致,验证了CR功率谱反演雨滴谱方法的可靠性;(4) CR与地面雨滴谱仪雨滴谱拟合参数的对比表明,CR大气垂直反演的雨滴谱与地面雨滴谱相比粒子平均直径Dm较小,数浓度则较为一致。     

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。     

庐山一次积冰天气过程冻雨滴谱及下落末速度物理特征个例研究

利用PARSIVEL激光雨滴谱仪和自动气象站观测资料及MICAPS数据,对2014年2月7~15日庐山地区积冰天气期间持续时间在5 h以上的2次冻雨过程[2月10日（个例1）和2月13日（个例2）]降水谱分布特征及下落末速度粒径分布进行研究。所观测到的两次个例均是以冻雨为主体的混合相态降水,下落末速度粒径分布偏离G-K曲线,与常规液态降水存在差异,低落速的冻雨滴随降水过程会逐渐向冰粒和干雪转化。结果表明:（1）个例1总降水粒子谱谱宽大于个例2,但峰值数密度比个例2小:个例1谱宽为10 mm,个例2谱宽为4.25 mm,两者峰值粒径均为0.5 mm;个例1降水粒子谱宽为干雪>冻雨>冰粒,个例2降水粒子谱宽为冻雨>干雪>冰粒。（2）Gamma分布更适合描述混合相态降水粒子谱以及冻雨滴谱,个例1中总降水粒子谱Gamma分布为:N（D）=20D-3.61exp（-0.08D）,冻雨Gamma分布:N（D）=76D-2.18exp（-1.11D）;个例2中总降水粒子谱Gamma分布为:N（D）=30D-4.68exp（-0.75D）,冻雨Gamma分布:N（D）=30D-4.67exp（-0.75D）。（3）混合相态降水因混有干雪或冰粒而使得下落末速度粒径谱分布表现出不同程度地向大粒径小落速方向或小粒径大落速方向延展的趋势,这为今后依据下落末速度粒径谱区分同时期降水类型提供了新的思路。     

广东地区一次飑线过程的地面雨滴谱特征分析

利用3台二维视频雨滴谱仪(2DVD)、广州S波段双偏振雷达以及C-FMCW雷达资料,分析广东地区2017年5月8日一次飑线过程不同降水部位的雨滴谱特征。根据雨强随时间变化,区分对流降水区,同时以对流降水区为分界线,将此次飑线过程划分为飑线前部、飑线中部和飑线后部。结果表明,飑线不同降水部位雨滴谱特征存在明显的差别。飑线前部,粒子谱分布变化剧烈,中小粒径的粒子居多,粒子数浓度较飑线中部偏低;飑线中部,粒子分布较分散,中等粒子比重较高,粒子数浓度最高,雨强的增加主要与雨滴数浓度有关;飑线后部,降水粒子分布较集中,且以高浓度中小粒子为主。另外,还研究了μ-Λ关系和Z-R关系。μ-Λ之间存在较好的二项式关系;不同降水部位Z-R关系差异较大,分别为Z=8.94R2.70、Z=526.98R1.22和Z=467.56R1.42。飑线不同部位雨滴谱演变特征存在一些明显差别,同时,同一部位不同空间位置也存在着一定的差异。      

广东东莞不同类型云的雨滴谱和降水特征

利用设置在东莞站的Parsivel激光降水粒子谱测量系统于2010年获取的观测资料,对数据有效性进行验证并开展15次降水的特征参量分析。层状云降水（S）、积层混合云降水（M）、积雨云降水（C）各选取两次典型过程,对各种特征参量之间的相关性和雨滴谱特征进行细致分析,结果表明：平均粒子直径、平均雨强、平均雨水含量、过程最大立方根直径、过程最大雨强的分布规律明显,基本遵循“C>M>S”的规律;同种类型降水的雨滴谱型非常接近,层状云存在单峰谱,混合云和积状云是明显的双峰谱或多峰谱; M、C型降水的大雨滴明显多于S型降水;雨水含量与雨强的相关性最好,雷达反射率因子与雨强的相关性次之;层状云降水主要为1 mm以下小粒子,积状云和积层混合云降水雨滴谱宽较大,1 mm以上大粒子数浓度较大。     

乌鲁木齐地区两种类型降水的雨滴谱特征

利用乌鲁木齐2018年1-12月雨滴谱仪观测数据，分析了两种类型降水（雨、雨加雪）滴谱的微物理参量，以探究乌鲁木齐不同类型降水的雨滴谱特征，此外，对Nt-R、Z-R等关系也进行了研究。结果表明：（1）两类降水的雨滴谱均为单峰分布，粒子浓度峰值均在低谱段，雨夹雪的滴谱宽度约为0.31~7.50 mm，雨的谱宽为0.31~5.50 mm。（2）雨的平均粒子尺度参数（如质量加权平均直径Dm）和降水强度R均略大于雨夹雪，而雨夹雪的平均总粒子数浓度Nt比雨的大23.7%。（3）文中拟合得到的雨、雨加雪Z-R关系分别为Z=181.7R1.45、Z=205.4R1.27，与传统天气雷达降水估测关系Z=300R1.4对比分析后，发现利用Z=300R1.4进行降水估测时存在低估现象，而对降雨的估测误差更大。     

山西云微物理特征的地面观测

利用连续气流纵向热梯度云凝结核仪和激光降水粒子谱测量仪对山西地面的云凝结核和雨滴谱进行了观测研究.研究结果表明,云凝结核(CCN)数浓度具有明显的日变化特征,1天出现了两次峰值,数浓度日变化与气象因子、人类活动有关.降水对CCN具有冲刷作用.利用关系式NCCN=CSk拟合得到的地面CCN活化谱参数C值明显较大,k值较高,属于典型的大陆型核谱.对层状云、层积云降水雨滴微物理特征参量分析发现:3次层状云、层积云降水雨滴数密度变化范围分别为74～229 m-3、305～743 m-3,平均含水量量级分别为10-2 g/m3、10-1g/m3,最大雨滴直径分别为1.78 mm、4.7 mm.对层状云降水雨滴的数密度和雨强贡献较大的分别是小于1 mm、0.2～2 mm的雨滴;对层积云降水雨滴的数密度和雨强贡献较大的分别是0.2～2 mm、1～3 mm的雨滴.层积云出现稳定谱的比例高于层状云.从瞬时谱型分布看,层状云出现单、双、三峰多,第四、五峰值的频率比较少,层积云雨滴谱分布没有出现指数型,常有多峰.从平均谱分布看,层状云谱宽窄于层积云,层状云雨滴平均谱服从指数分布,层积云曲线呈向下弯曲的趋势.对汾阳2008年7月17日一次积层混合云降水雨滴谱资料分析发现积层混合云降水雨滴微物理量起伏大,降水雨强主要由雨滴数密度决定.相同雨强下,若有相对更多的大雨滴,雷达反射率会更大一些.随着强回波云块的过境,雨滴数浓度、雨滴谱峰值个数、谱宽均明显增大.