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。      

南京地区降水雨滴谱拟合模型的参数特征分析

根据南京地区2010-2014年雨滴谱观测资料,利用Gamma分布、标准Gamma分布、改进的标准Gamma分布等雨滴谱分布模型,研究了南京地区降水雨滴谱拟合模型的参数特征。结果表明:1)南京地区降水雨强标准差σR和R之间比值为2.29;2)利用阶矩法,按照Gamma模型对雨滴谱进行拟合,形状因子μ、斜率因子λ和截断参数log10N0总的平均值分别为9.2、11.6 mm-1、7.2 mm-1·m-3,众数值分别约为6.0、5.5 mm-1、4.5 mm-1·m-3,并且μ和λ之间均存在较好的二次项函数关系;3)标准化形式下的Gamma分布参数Dm和Nw随雨强的增大而逐渐增大,并且随雨强的增大,Dm增大的幅度越来越大,而Nw增大的幅度却越来越小;4)谱型参数σM随Dm增大而增大,并且Dm和σM之间存在较好的指数型函数关系。     

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。     

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。     

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。     

自动激光雨滴谱仪在雷达降水估测中的应用

利用Parsivel激光降水粒子谱与地面雨量计对2008年9月9号山西的一次混合降水天气过程进行分析,根据汾阳、介休两站的雨滴谱资料,利用最小二乘法拟合出反射率因子Z与雨强I的关系Zott=159Iott1.5,利用最优化关系法计算出地面雨量计与雷达反射率因子的关系Zrad=200Irain1.2,WSR_88D中默认的关系ZDef=300I1.4,然后分别利用3种Z-I关系对此次降水过程进行估测,计算过程累计雨量,并将估测降水结果与地面雨量计实测结果进行对比.结果表明:利用雨滴谱关系的估测降水效果最好,利用雨量计关系的估测降水结果次之,默认关系计算结果最差;第一者相对第二者提高4％左右,相对第三者则提高近18％左右.     

雨滴谱参数化及其在降水估计中的应用

结合2014年7月30—31日滁州地区一次强飑线降水过程的地面雨滴谱观测资料,构建了雨滴谱模型参数与雷达反演降水中常用的Z=ARb中系数A和指数b之间的相关关系,得出了适用于此次飑线降水的新Z-R关系。通过与雨滴谱观测结果和参考关系(Z=300R1.40)反演结果进行对比,对新的Z-R关系反演降水效果进行了评估。结果表明:利用降水强度对粒子数浓度和尺度标准化处理后,Gamma分布可以较好地描述此次飑线降水的雨滴谱分布。Z-R关系随着降水雨滴谱的变化而变化,指数b与不同阶数矩量随雨强的变化有关,系数A与雨滴谱的谱型分布有关。此次飑线降水Z-R关系的指数b=1.37;雨滴谱在Gamma分布下,系数A=340.91,在指数分布下,系数A=371.95。新的Z-R关系和参考关系反演的降水强度较实际观测值均偏小,但新的Z-R关系提高了此次飑线降水的总体估计效果。     

激光雨滴谱仪探测降水与自动气象站观测降水的对比分析

东营市气象局激光雨滴谱仪于2012年投入应用,为评估分析其探测降水量的准确性,选取东营国家级气象观测站2012—2017年间46个月的自动气象站降水资料与激光雨滴谱仪观测资料,共计245个过程降水量、1 302个小时降水量数据,按不同降水量级对两种仪器观测资料进行对比分析,结果表明：1）过程降水小雨量级,激光雨滴谱仪较自动站平均偏多0.38 mm,降水量越大,差值越大;中雨量级两者差值较小,雨滴谱仪较自动站仅偏多0.24 mm;大雨量级,雨滴谱仪较自动站降水量明显偏少约2.8 mm;暴雨时雨滴谱仪较自动站常偏多。2）小时降水Rh＜2.5 mm时,雨滴谱仪较自动站偏多约0.1 mm;2.5 mm≤Rh≤4.9 mm时,激光雨滴谱仪与自动站降水量平均差值为0.0 mm;5.0 mm≤Rh≤16.0 mm时,雨滴谱仪较自动站常明显偏少,偏少值约0.9 mm;16.0 mm＜Rh≤20.0 mm时,两者降水量较接近;Rh＞20.0 mm时,雨滴谱仪较自动站可能出现极端偏多、偏少或两者相近情况。3）降雪时雨滴谱仪降雪量常明显偏多。4）雨滴谱仪和自动站过程累积降水量趋势较一致,且雨滴谱仪分钟降水量能较早反映出降水量峰值及降水强度的变化。通过分析可见,雨滴谱仪雨量数据有较好的可靠性,可在辅助降水现象观测与订正、人工影响天气效果评估和短临预报中发挥更大作用。     

庐山地区不同海拔高度降水雨滴谱特征分析

利用2010年7月30日架设在庐山的0TT-Parsivel激光雨滴谱仪收集的一次对流云降水雨滴谱资料,对不同海拔高度的降水微物理参量进行比较分析,以探讨降水微物理特征在垂直高度上的差异.结果表明,庐山地区夏季对流性降水,具有时间短、强度大的特点,数浓度、雨强和含水量等微物理参量值普遍较大,雨滴最大直径约为10mm.降...     

降水性层状云中水凝物粒子的谱分布

本文对泰山和新安江等地层状云的一些云滴谱和雨滴谱进行了计算，对小云滴、大云滴和雨滴谱的谱分布用同一种形式的分布密度函数Ｎ＝ＡＮｐｅｘｐ（－ａｄ＋ｂｄ＾２－ｃｄ＾３）来表示。观测和计算的谱分布吻合得较好，其相关系数均大于０．９３，显著性水平α＝０．００１。计算得到的平均直径、平均立方根直径、含水量和总浓度等与观测值都比较吻合，说明本文给出的云中水凝物粒子谱分布有一定的代表性。     

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.     

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。     

三类降水云雨滴谱分布模式

基于济南双偏振雷达探测资料,并辅以降水现象仪雨滴谱资料和常规实况观测资料,对2021年8月1日山东一次飑线过程的双偏振特征和降水滴谱特征进行了分析,得到以下结论：飑线前侧为宽阔的倾斜上升气流区,低层为强下沉气流区,前侧上升气流区不断有新生单体激发发展,新生单体与主体回波合并发展,飑线后侧单体减弱,在这种较快的循环过程中飑线得以发展、维持、快速前进。前侧新生发展中的单体以少许偏大的液态粒子为主,与主体回波合并发展,具有较高的Z_DR柱和K_DP柱,液态粒子浓度迅速上升。主体回波后侧冰相粒子下降到湿球0℃层之下出现明显的融化导致Z_DR和K_DP均增大,底层K_DP增大更加明显,以高浓度的液态粒子为主,导致强降水。强降水最明显的滴谱特征是粒子浓度高,直径2 mm以下粒子占比较高,降水开始增强时直径1—3 mm的粒子对降水贡献较大且有特大粒子出现,降水最强阶段直径2—4 mm的粒子对降水贡献较大。飑线主体回波低层双偏振参量和雨滴谱存在较好的对应关系, 随着降水增强,Z_DR减小而K_DP增大,粒子浓度明显升高而直径6 mm以上粒子浓度明显降低。     

山东三类降水云雨滴谱分布特征的观测研究

利用激光雨滴谱仪2009年8月—2010年10月观测获取的滴谱资料,分析了山东省三类云降水雨滴微结构参量特征及滴谱随降水过程的演变特征。按照降水云系不同分别对各微物理参量进行比较,结果表明,各值由大到小排序依次均为积雨云、混合云和层状云。三类云降水过程中雨强与雨滴数浓度和最大直径间存在较好的相关关系;层状云和混合云降水以直径小于2 mm的雨滴为主,而积雨云降水以1~3 mm的雨滴对雨强贡献最大。层状云降水雨滴谱很窄,呈单峰或双峰型;积雨云降水雨滴谱宽,在大滴端呈多峰结构;混合云降水谱宽介于前两者之间。另外,统计得到该地区三类云降水的Z-I关系式,为雷达定量测量降水提供了一定的参考。     

雨滴谱仪网数据在雷达定量降水估测中的应用

为了探讨利用雨滴谱数据验证雷达观测的回波强度的偏差和实时拟合反射率因子(Z)与降水强度(R)的关系(即Z-R关系)进行定量降水估测的可能性,以发生在江苏南部的三次大范围降水过程为例,首先分析雨滴谱数据、雷达数据和雨量计数据的一致性,然后利用雨滴谱仪网法和传统方法分别进行降水估测,并对比两种方法的降水估测效果。结果表明:雷达和雨滴谱仪观测的回波强度具有较好的一致性;采用雨量计数据和雨滴谱计算的平均降水强度存在一定差异,但其变化趋势基本一致。相对于层状云降水,两种方法对对流云降水估测的误差更大,对层状云降水的估测,雨滴谱仪网法略优于传统方法,但对对流云降水的估测,雨滴谱仪网法更具优势。总体上,雨滴谱仪网法估测的降水,其偏差和相对误差更小,估测值总量与雨量计观测雨量更接近,估测降水的效果更好。     

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.     

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。      

A condensation method particle size spectrometer

Summary A condensation method of measuring the size frequency distribution of Aitken nuclei is described. Making use of thePollak-Nolan photoelectric nucleus counter it is based on the removal of the nuclei activated at various overpressures from the counter by precipitation and the counting of those that remain. Various stored aerosols are investigated by means of it and the decay mechanisms of these aerosols discussed in the light of the results obtained. The value of the exhaustion method of finding diffusion coefficients is also examined.

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Zusammenfassung Es wird eine Kondensationsmethode zur Messung des Häufigkeitsspektrums der Größenverteilung von Aitken-Kernen beschrieben. Unter Benützung des photoelektrischen Kernzählers vonPollak undNolan beruht sie darauf, daß die aktivierten Kerne bei verschiedenen Überdrucken durch Ausfällung ausgeschieden und die übrigbleibenden ausgezählt werden. Mit dieser Methode wurden verschiedene gespeicherte Aerosole untersucht und auf Grund der Ergebnisse der Zerfallsmechanismus dieser Aerosole diskutiert; es wurde auch die Eignung der Evakuierungsmethode zur Bestimmung von Diffusionskoeffizienten untersucht.

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Résumé L'auteur décrit une méthode permettant de mesurer par condensation le spectre des fréquences de la répartition des grosseurs de noyaux d'Aitken. Cette méthode repose sur le principe suivant: On élimine les noyaux activés sous différentes pressions par sédimentations successives. Les noyaux restant sont alors dénombrés par le compteur photoélectrique de noyaux mis au point parPollak etNolan. L'auteur a étudié par cette méthode divers aérosoles conservés et il discute, sur la base des résultats obtenus, le mécanisme de désagrégation de ces aérosoles. Il a également étudié si la méthode par évacuation se prêtait à la détermination des coefficients de diffusion.

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With 1 Figure     

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。     

风廓线雷达资料反演雨滴谱和水汽通量的研究

对2010年7月20日南京浦口地区发生的一次强降水过程,用WP-3000风廓线雷达反演了其雨滴谱分布和垂直水汽通量。并对雨滴谱进行了M-P指数拟合,求得了降水前期、中期、后期和即将停止时的浓度参数n₀和尺度参数λ随高度的变化。同时利用该雷达反演了这次降水过程的回波强度、折射率结构常数和信噪比时间序列图,发现三者有很好的对应关系。结果显示:(1)n₀和λ随着降水的发展而发生变化,n₀在降水达到最强之前达到最大值,λ在降水最强时出现最小值;(2)n₀在大气低层波动比高层明显,λ则在整层少有波动;(3)雨滴大小,随雨强的变化而变化,小雨滴数量多于大雨滴,但影响雨强的主要是大雨滴;(4)整个降水过程中近地面垂直水汽通量处在不断变化之中,但在雨后,表现为水汽向上输送。