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。     

地面雨滴谱观测的图像自动识别方法

该文介绍了地面雨滴谱观测方法的研究, 通过增大取样面积、增加辅助观测手段, 改进了传统的滤纸取样法, 设计出图像自动识别软件应用到雨滴谱资料的处理中, 这种方法不仅可以增加观测的样本数, 以获得稳定的雨滴谱资料, 而且有利于资料的相互配合与分析。对其图像的位置变化、形状改变、滴谱重叠等情况进行验证以及对计算结果进行误差分析, 雨滴谱资料中的单个滴谱图像位置变化和形状变化对图像识别后的结果没有影响, 自动图像处理程序运行结果稳定可靠。程序在处理不粘连的滴谱资料时敏感性较好, 对于大滴溅散而形成的很多溅散滴时, 会处理成很多单独的小雨滴, 同时也说明无法解决溅散问题。在雨滴重叠问题上该程序智能程度不高, 不能真正鉴别是否存在重叠现象, 无法将重叠的雨滴分离开来, 往往会将重叠在一起的雨滴视为一个滴, 从而带来观测雨滴数量减少的现象。从雨滴谱资料处理误差分析上看, 斑迹直径在3~18 mm时相对误差小于6%, 对于直径小于4 mm雨滴误差完全控制在6%以内, 且在处理小滴时误差更小。该方法在地面雨滴谱观测及资料处理中准确度高、性能稳定、实用性强, 为雨滴谱资料的处理分析提供了一个新的思路, 可以应用到实际工作中。     

一次沙尘暴过程的数值模拟和层结条件分析

利用滤纸色斑法对2008年7月17日山西省一次低涡云系影响下的汾阳、介休2站的降水雨滴谱进行观测,分析了此次层积混合云降水的云系宏观特征、地面雨滴微物理结构的平均特征和连续演变特征,并对手动雨滴谱、自动雨滴谱仪观测估算雨强与自动雨量计实测雨强进行了对比分析。     

大暴雨雨滴平均谱的研究

根据不同地区的许多观测表明,雨滴平均谱的极限状态趋于指数形式。1984年8月10日至10日受8407号台风减弱为低压的影响,长春降了大暴雨,降水量为112.3mm,从10日06时30分开始,用滤纸色斑法,每隔5分钟观测一次雨滴谱,到11日04时,共取雨滴谱259份。本文根据这次层状云大暴雨雨滴谱资料,研究了指数形式雨滴谱N_D=N_0e~(-λD)的参数N_0和λ的确定,并对不同方法拟合的经验     

风廓线雷达探测降水云体中雨滴谱的试验研究

对风廓线雷达探测降水时出现的双峰型功率谱密度分布的回波,进行大气返回信号和降水返回信号的剥离,由大气返回信号求出环境大气的垂直运动,导出降水质点下降末速度的功率谱密度分布,进而求出云体中的雨滴谱分布。对两次降水进行了雨滴谱反演试验,提取了不同高度上30多份雨滴谱分布,雨滴谱分布基本上呈现出指数分布形式。指数拟合后求出雨滴谱的浓度参数N0由几百到几千m-3mm-1,尺度参数λ为3.8～4.5 mm-1。试验中,还由反演的雨滴谱估算出云中含水量,得出降水云体中含水量随高度的分布,与附近多普勒天气雷达观测进行了比较。风廓线雷达与多普勒天气雷达探测到的回波强度随高度分布基本一致,云中含水量估算的均值基本相同,而风廓线雷达由雨滴谱估算出的含水量随高度分布可以反映出雨滴谱变化的影响,随高度分布更为精细。     

GBPP-100地面雨滴谱仪外场实用可行性研究

利用１９９３年４—６月共４次南京降雨过程中取到的ＧＢＰＰ－１００资料与滤纸斑点法所取资料，通过对应资料的雨滴谱基本参量的计算分析，研究ＧＢＰＰ－１００用于外场观测的可行性。结果表明：在瞬时雨强度变化缓慢且雨强小于１６０ｍｍ·ｈ－１的阵性降水和非阵性降水过程中，ＧＢＰＰ－１００完全可代替滤纸斑点法用于外场观测，对雨强变化迅速阵性降水ＧＢＰＰ－１００与滤纸斑点法取样结果差异较大，其原因还有待进一步研究。     

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。     

双线偏振多普勒天气雷达遥测降水强度和液态含水量的方法和精度研究

利用雨滴谱的Г分布和散射计算模式,研究了C波段双线偏振多普勒天气雷达遥测降水强度、液态含水量和识别降水粒子相态的方法,给出了利用反射率因子ZH、差分反射率因子ZDR、差传播相移KDP反演降水强度和液态含水量的三种公式以及这三个物理量的关系公式,并从雨滴谱的变化和雷达测量误差两方面比较了几种方法的测雨精度.结果表明:雨滴谱在很大范围变化时,利用ZDR和KDP可以很好地反演出降水强度和液态含水量,它受滴谱分布的影响不大,它的探测精度优于(ZH,ZDR)方法.单参数KDP方法优于传统的Z-R关系方法.同时给出的ZH与ZDR和KDP关系公式也基本不受雨滴谱变化的影响,它可以用于降水粒子相态的识别.双参数方法的测量误差主要来源于雷达测量ZDR和KDP的误差,特别是KDP的误差,改善KDP的测量误差是发挥双线偏振多普勒雷达探测降水强度或液态含水量潜力的关键.     

湛江一次降水过程的最佳雨滴谱分析

简述采用滤纸色斑法对一次层积云降水过程进行取样 ,取得 2 9份雨滴谱 ,通过 4种不同方法 ,对这次雨滴谱进行拟合 ,并将所得经验公式进行优化 ,取得本次降水的最佳雨滴谱分布方程     

基于SATP和SIFT方法分析雨滴谱特征及参数关系

采用二参数排序平均法(the Method of Sorting and Averaging based on Two Parameters,简称SATP方法)分析了2006年吉林省观测的所有雨滴谱分布统计特征,获取其μ-Λ关系。同时,针对单次降水过程利用强度顺序滤波法(Sequential Intensity Filtering Technique,简称SIFT方法),寻找2006年5月4日降水过程的Z-R关系,并得出其μ-Λ关系。最后应用上述两个μ-Λ关系,分别反演雨滴谱并估测降雨量。结果表明,利用SATP法和SIFT法处理雨滴谱资料并获取μ-Λ关系是可行的,反演所得降雨量与实测吻合很好,尤其是SIFT法更具有实用性。它对联合雷达订正降水测量,有效地提高降雨率的测量准确度将有更重要的应用价值。     

雨滴谱式降水现象仪与人工观测结果的一致性分析

为验证雨滴谱式降水现象仪的测量性能,利用南京市气象局在江宁布设的PARSIVEL型雨滴谱式降水现象仪2018年1-11月期间的天气现象观测资料,重点分析了雨滴谱式降水现象仪对不同类型降水的测量性能.结果表明:①总体而言,雨滴谱式降水现象仪与人工观测具有良好的一致性,但是在降水时间、降水类型方面存在一定差异.②白天,人工...     

毫米波云雷达功率谱密度数据的检验和 在弱降水滴谱反演中的应用研究

本文首先利用数值模拟的方法,分析了利用毫米波云雷达功率谱密度反演雨滴谱时,降水粒子米散射效应、空气湍流、空气上升速度等对雨滴谱和液态水含量等参数反演的影响;建立了功率谱密度处理及其直接反演雨滴谱、液态水含量、降水强度和空气上升速度的方法;并利用2012年7月在云南腾冲观测的二次弱降水数据,采用毫米波雷达和Ku波段微降水雷达观测的回波强度、径向速度垂直廓线以及780 m高度上的功率谱密度对比的方法,以及毫米波云雷达观测的780 m高度上功率谱密度、回波强度与地面雨滴谱计算得到的这些量的对比方法,分析了毫米波雷达数据的可靠性;并将780 m高度上毫米波雷达反演的雨滴谱与地面雨滴谱数据进行了对比,分析了毫米波雷达反演的雨滴谱的准确性;分析了毫米波雷达回波强度偏弱的原因,讨论了该高度以下降水对毫米波雷达衰减的影响。结果表明:空气湍流对弱降水微物理参数反演影响不大,而空气上升速度和米散射效应均对反演结果有一定影响;毫米波雷达观测到的径向速度和功率谱密度与微降水雷达比较一致,回波强度的垂直廓线的形状与微降水雷达也比较一致,但毫米波雷达观测的回波强度偏弱;与雨滴谱计算值相比,毫米波雷达观测的低层的回波强度也偏弱,天线上的积水是造成毫米波雷达回波强度变弱的主要原因。毫米波雷达观测的低层的功率谱密度与地面雨滴谱观测的数据形状比较一致,但有一定的位移。毫米波雷达反演的雨滴谱与地面观测的谱型和粒子大小也比较一致。这些结果初步验证了毫米波雷达观测的功率谱密度及其反演方法的可靠性。     

层状云数值模式与实际观测研究

改进了一维层状云雨滴分档模式,利用雨滴分档模式在计算雨滴粒子谱型及数浓度自然演变方面中的优势,对吉林省长春市6月21日3个不同时刻的降雨进行了模拟,并与实测资料进行了比较。结果表明,改进后的模式计算稳定,可以模拟出与实际降水谱型相接近的雨滴谱;对于层状云中上升气流速度难以直接测量的问题,通过选用不同的上升气流速度方案,并将计算所得的雷达回波反射率廓线与实际地面雷达观测值相拟和的方法,从而为实现通过雷达回波与模式计算相比较来测量定量降水提供一个新的思路;与实际观测结果比较可知,暖区碰并过程对本次降水的贡献在10%左右,与上升气流的速度有关。     

X波段双偏振雷达反演雨滴谱方法研究

X波段双偏振雷达观测参数能够完成雨滴谱反演,但是由于X波段雷达波长较短,降水观测时存在较大的衰减,本文采用自适应约束算法进行反射率和差分反射的衰减订正。通过对雨滴模型的散射模拟以及对雨滴谱进行Gamma谱拟合,建立了雨滴谱参数与双偏振雷达目标参数之间的函数关系和雨滴谱参数相互之间的关系,用于进行雨滴谱反演。将雨衰减订正前后的雷达目标参数进行雨滴谱反演并与实测雨滴谱进行对比,结果表明,所建立的X波段双偏振雷达反演雨滴谱方法能够较好地反演雨滴谱,并且经过订正后反演得到的雨滴谱在浓度、尺度和谱形上都优于订正前的反演结果,通过对距离高度扫描和平面位置扫描数据进行雨滴谱反演,可以得到雨滴谱参数的垂直结构和水平分布,可用以进行降水分析。     

四川省稻城地区雨滴谱特征研究

利用四川稻城地区2019年5～8月雨滴谱资料,研究不同雨强和不同降水的雨滴谱特征,并提出反射率因子Z、质量加权平均直径Dm粒、粒子总数浓度NT、含水量W与雨强R之间的关系,以及Gamma谱形状参数μ和斜率参数Λ之间的关系,并比较了该地区雨滴谱与我国其他地区的差异.结果表明:随着R增大,雨滴谱数浓度、粒径和谱宽也逐渐增大...     

一种同时测量雨滴直径和落速分布的新仪器

法国地球和行星环境物理研究中心(CRPE)新近研制出一种新的光学分谱雨量计,能同时测量雨滴直径和落速分布。测量雨滴谱最原始的方法是使用滤纸、粉丸或雨滴照相机。这些方法由于缺乏自动记录装置,使测量大为不便,导致了新的更先进技术的发展。其中最通用的是根据机电原     

雨滴谱数据在S波段双偏振天气雷达数据质量评估中的应用

结合T-Matrix方法和雨滴谱仪数据反演双偏振参量,设计了一种雨滴谱反演评估方法(雨滴谱法),利用其反演结果可对双偏振天气雷达数据进行评估。将此方法应用于不同类型降水过程的雷达偏振参量数据质量评估,结果表明:满足微雨条件时,雨滴谱法与传统的微雨滴法均能有效监测由雷达系统误差导致的观测偏差,且评估结果十分接近;不满足微雨条件时,雨滴谱法评估的不同类型降水过程的雷达数据质量与满足微雨条件下的评估结果十分接近,客观证明了系统调整后雷达运行良好、数据质量稳定;不同雨强(R)情况下,雨滴谱法的评估结果具有一致性。10 mm·h^-1≤R<20 mm·h^-1时,雷达观测的数据质量最为稳定。该雨滴谱法适用范围广,可动态评估双偏振雷达偏振参量质量,有助于雷达调整和数据校正。     

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。     

层状云的雨滴谱分档数值模拟研究

通过建立雨滴分档模式,结合部分观测资料,对中国北方常见的三类典型层状云系:强锋面抬升层状云系、气旋尺度辐合层状云系及弱锋面抬升层状云系的云中水成物总比含水量、降水强度及地面雨滴谱进行了数值模拟,并与观测值进行了比较分析。结果表明,雨滴分档模式较一般使用的单参数Marshall-Palmer（M-P）分布的参数化模式更能反映雨滴的自然演变特征。     

青海门源雨滴谱特征及降水机制的初步分析

利用青海省门源地区2个测站观测的雨滴谱资料,分析了降水雨滴谱微结构参量平均值随降水过程的变化和3种常见降水类型中雨滴谱微结构参量随时间的变化特征,以及雨滴谱型随降水的变化.根据微结构参量和雨滴谱型的变化,结合卫星资料和其他观测资料对三种降水类型降水的形成机制进行了初步研究.