台风“利奇马”不同强降水中心的雨滴谱特征分析

在2019年台风“利奇马”台风暖区、台风与西风槽相互作用区及西风槽影响区分别挑选4个极端强降水中心,利用各站连续观测分钟雨滴谱资料和分钟降水资料,分析了不同站点和不同降水时段的雨滴尺度谱、雨滴速度谱、雨滴尺度—时间谱和雨滴速度—时间谱特征,研究了雨滴谱特征随时间的变化。结果表明:4个降水中心的雨滴尺度—时间谱和雨滴速度—时间谱存在明显差异,而过程的统计谱特征差异不明显;过程中不同区域的站点、同一站点不同的降水时段,雨滴尺度谱和雨滴速度谱主要为双峰型,尺度谱双峰中各站对应1.2 mm直径峰的位置一致,处于较小尺度峰的位置不一致;在较大雨强时,雨滴尺度谱上会出现单峰和三峰的情况,但比例较少;1.2 mm雨滴的高浓度区域与地面降水强度有非常好的对应关系,在1.2 mm雨滴的高浓度区域形成的过程中,地面降水逐渐增强,随着1.2 mm雨滴的高浓度区域逐渐瓦解,地面降水逐渐减弱,直至出现间歇。     

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。     

“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。     

台风贝碧嘉(1816)外围云系结构与降水特征

选取海南省海口站和屯昌站对比分析台风贝碧嘉(1816)外围云系结构和降水特征。结果表明:台风贝碧嘉(1816)影响海南岛期间,随着降水云系的发展,海口地区对流性云系发展加强,屯昌地区表现为层状云降水,两个站点雨滴谱特征存在一定的差异,海口站和屯昌站的降水均以直径小于1 mm的雨滴为主,其中屯昌站直径1～3 mm的雨滴对雨强的贡献最大;海口站雨滴数浓度随雨滴直径增大而减小,但对雨强的贡献随之增大,直径大于3 mm的雨滴对总雨强的贡献达到56.61%;海口站的特征参量曲线在时间上分布不均,表现为阵性强降水,而屯昌站的特征参量曲线起伏不大,降水比海口站小且均匀、连续;在雨滴谱演变上,海口站始终保持单峰型,屯昌站以单峰为主伴随多峰出现,当雨强增大时,两站直径1 mm范围内的雨滴数浓度随之增加,谱型迅速拓宽,大粒径雨滴出现且增多,其中海口站直径3 mm以上的雨滴端增幅更明显;两个站点雨滴谱符合Gamma分布,形状参数和斜率参数满足二项式关系。     

黄山不同高度雨滴谱的演变特征

选取2011年6月黄山地区一次降水过程,利用测得的雨滴谱资料对不同高度上降水微物理量及雨滴谱分布特征进行分析,并讨论其中的差异。结果表明:此次降水较强,各直径微物理量在山腰最大、山底次之、山顶最小;山腰的雨强最大,而山顶数浓度最大。在雨滴谱分布中,小于1mm的雨滴数密度是山顶大于山腰大于山底,这与小雨滴的蒸发和碰并有关;大于1.5 mm的雨滴数密度则是山腰大于山顶和山底,这可能与地形抬升使得云系加强有关。由各微物理量的时间序列可将降水过程分为两个阶段,第一阶段各微物理量值明显大于第二阶段,其中第一阶段的降水量约为第二阶段的3倍。雨强与雷达反射率、数浓度、最大直径近似成幂函数关系,其中雨强与雷达反射率相关性最好。     

藏东南墨脱地区降水特征分析

墨脱位于藏东南雅鲁藏布大峡谷水汽通道入口处,是青藏高原年降水量最多的地区。本研究使用墨脱云降水综合观测试验以来三年(2019—2021年)的自动雨量计数据,分析了墨脱降水的月变化和日变化特征。然后基于同址的降水天气现象仪和X波段双偏振相控阵雷达观测数据,探究墨脱两次强降水过程的发展演变特征。结果表明:从统计结果来看,墨脱降水天数超过全年的70%,以降水率<5 mm·h^-1的弱降雨为主,日降水量<10 mm的小雨的发生率最高,但10 mm≤日降水量<25 mm的中雨产生的降水量最大。墨脱降水存在明显的月变化和日变化特征,受印度洋季风影响,降水主要发生在6—9月。受山谷风影响,降水主要发生在夜间。对于降水过程而言,由高原涡和南支槽影响下的系统性暴雨,范围大、持续时间长,降水主要由直径小于2 mm的雨滴产生,雷达反射率因子普遍不超过35 dBz。而由地形强迫引起的局地短时强对流降水过程,雨滴谱分布更宽,雨滴浓度更高,直径大于2 mm的雨滴对降水量的贡献最大,雷达反射率因子超过45 dBz,风暴的后向传播形成“列车效应”。     

风廓线雷达和雨滴谱仪资料在北京一次弱雨雪天气中的特征分析

利用北京市海淀区风廓线雷达、OTT Parsivel 2多功能激光雨滴谱仪和自动气象站观测资料,对2016年11月20日北京一次雨雪天气过程的演变特征进行了初步分析。结果表明:(1)风廓线(低模式)雷达反射率因子与雨滴谱仪反射率因子序列的变化趋势一致。当风廓线雷达反射率因子亮带消失后,雨滴谱反射率因子序列出现先降后升的小幅波动,降水相态转为降雪。(2)降水相态发生雨雪转换时,风廓线雷达谱宽600 m高度分散的大值区减弱并随高度降低后,雨滴谱仪数浓度出现先降后升的小幅度波动。(3)本次弱降水相态转换发生时,风廓线雷达所探测的垂直径向速度变化不明显,而雨滴谱仪降雨强度变化却有明显减弱特征,其雨强由5 mm·h^-1下降至1 mm·h^-1左右,这对临近降水相态变化的监测预报有一定指示意义。     

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。     

进入内陆的两个台风降水特征对比分析

2012年8月台风海葵和2014年7月台风麦德姆登陆进入安徽省后,均造成了区域性暴雨或大暴雨天气。利用常规观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和雨滴谱资料,对这两个直接影响安徽省的台风移动路径和暴雨形成机制进行了对比分析。结果表明:（1）海葵和麦德姆的移动路径、停留时间和强降水分布特征有明显不同。与海葵相比,麦德姆的移动速度快、降水持续时间短、累计降雨量和暴雨范围较小;但其短时强降水持续时间长、暴雨中心降水强度更大。（2）海葵和麦德姆降水过程中均有强的水汽输送和辐合,但水汽输送方向的差异使得海葵和麦德姆的强降水空间分布分别呈纬向型和经向型特征。同时水汽辐合持续时间决定了麦德姆的降水持续时间比海葵短,但其较深厚的强水汽辐合使得麦德姆的短时强降水持续时间长、暴雨中心降水强度大。（3）海葵是以稳定性降水为主的混合型降水,麦德姆则呈现出明显的对流性降水特征;两次台风降水过程中均是短时间的对流性降水对总降雨量贡献最大,且强降水区域均位于风垂直切变的顺风切左侧。（4）麦德姆降水过程比海葵具有更高的雨滴数浓度和更大的降水粒子直径。当雨强小于10 mm/h时,两次台风降水过程均以小雨滴为主且数浓度较大;雨强>10 mm/h时,雨滴粒径增大但数浓度明显降低。（5）两次台风降水过程的雷达反射率因子-雨强（Z-R）均有较好的指数关系且拟合曲线比较一致,但在不同降水类型即层云降水和对流性降水中,其Z-R关系的a、b值差异较明显。因此,针对不同降水类型,应采用分型Z-R关系来进行雷达降水定量估测。      

登陆台风麦德姆不同部位降水强度及谱特征

利用架设在福建省尤溪站和屏南站的两台PARSIVEL第2代激光雨滴谱仪对2014年7月23—25日影响福建省的台风麦德姆 (1410) 进行观测,尤溪站位于移动路径中轴,屏南站位于台风强降水的区域即右侧云系,观测显示了台风不同部位雨滴谱特征:台风麦德姆在外围右前侧和后侧以及残留云系出现强降水,台风中心为连续性降水,雨强变化平稳;台风右侧云系雨滴平均谱谱宽由宽变窄,小滴数浓度先增后减,大滴逐渐减少,移动路径中轴后侧的残留云系出现大滴数浓度和谱宽的突增;含水量与雨强变化一致, 雨强小于10 mm·h-1时,以大量的小粒子贡献为主,形状因子μ及斜率参数λ分布较广;雨强大于10 mm·h-1时,大滴的贡献随雨强增大而增大,μ及λ均减小;同时,可利用μ与λ线性函数关系对Gamma分布进行简化。     

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。     

青藏高原夏季一次冰雹过程的微物理特征

为提高青藏高原冰雹过程中降水特征的认识,利用雨滴谱数据并结合探空、雷达、FY-4A卫星和分钟降水资料,分析了2020年7月23日拉萨降雹过程的微物理特征。结果表明：在降水演变特征方面,雨量计分钟降水量与DSG5降水天气现象仪接近,但开始和结束时间、降水峰值及总降水量略有差异。此次过程中雨滴、冰雹的平均谱分布拟合曲线呈单调下降,雨滴谱符合Γ分布,雹谱符合M-P分布。降雹初期,降水粒子以小粒子居多,主要由雨滴下落中的蒸发所致;降雹后期,降水粒子谱宽变大,碰撞破碎和霰粒融化产生大〖JP2〗量的小雨滴引起粒子数浓度剧增,数浓度增多和滴谱变宽导致雨强增大。冰雹的数浓度仅占总降水粒子数浓度的1.6%,但对地面降水量的贡献最大。根据观测,拟合得到冰雹平均末速度与直径的关系公式。     

一次河南省春季层状云降水的地面雨滴谱特征

2002年4月4-5日河南省出现了层状云降水天气，临颖、孟津两站进行了地面雨滴谱观测。通过对降水过程中两站的雨滴微物理参量和雨滴谱的对比分析，指出河南层状云降水的雨滴平均直径为10～mm，雨滴数密度为10^2个／m ^3，占雨滴总数较小的大雨滴对雨强的贡献较大。锋前暖区雨滴的平均直径比锋后冷区雨滴平均直径小，雨滴数密度比锋后冷区大，但冷区降水强度大于暖区。在层状云降水过程中，暖区雨滴谱型由宽谱双峰型演变为窄谱单峰型，冷区雨滴谱型由宽谱单峰型演变为窄谱单峰型。雨滴平均直径的起伏暖区要大于冷区，这与暖区中云系结构不均匀及云中对流有关。     

崇左和防城港两地的台风韦帕（201907）降雨雨滴谱对比分析

利用崇左国家气象观测站、防城国家基准气候站的雨滴谱观测数据，结合观测站雨量数据及雷达观测资料，分析2019年8月2～3日台风“韦帕”影响期间内陆背风侧(LSI)、近海岸迎风侧(WSC)不同降水阶段的雨滴谱结构特征及其差异。结果显示，台风“韦帕”降雨以中、小雨滴贡献为主，尤其中雨滴贡献率稳定在70%以上。LSI处以层状云降水为主，雨强相对平缓，WSC处表现为积层混合云降水，雨强较大且波动剧烈。因强烈的对流上升运动导致WSC的雨滴数浓度、雨滴直径明显大于LSI。LSI处在台风登陆后雨势增强的最主要因素是雨滴直径增大，WSC处由台风眼墙转变为强对流螺旋雨带影响后其雨势增强则主要是由于雨滴数浓度增加。台风“韦帕”对流降水的质量加权平均直径均值为1.85 mm，对数标准化数浓度均值为3.95 mm_-¹ m_-3;LSI处对流降水位于海洋性对流区域内，而WSC处则介于海洋性和大陆性对流之间。     

一次典型积层混合云降水过程雨滴谱特征

利用激光雨滴谱仪观测到的资料,对2009年8月29日山东省一次典型积层混合云降水过程中雨滴谱特征进行了分析。结果表明:降水强度主要取决于最大雨滴直径,与雨滴浓度也呈正相关性,而与平均直径的关系甚微;本次降水过程中雨滴平均谱以双峰和多峰结构为主,在0.5mm左右处存在峰值;Г分布各拟合参数随时间起伏变化趋势一致,强降水时段中各拟合参数起伏变化缓慢,各值基本保持在同一水平;建立了雷达回波强度与降水强度之间的相关关系。     

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。     

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。     

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。     

基于双高斯拟合的风廓线雷达反演雨滴谱

在降水条件下,风廓线雷达返回信号是湍流信号和降水信号的叠加,其功率谱数据中通常会出现双峰结构。该文通过双高斯拟合方法区分大气湍流信号功率谱和降水信号功率谱,去除大气湍流对降水信号谱的影响,反演得到较为精确的雨滴谱分布。研究表明:在风廓线雷达估算雨滴谱的过程中,双高斯拟合可将两峰有效分离,利用处理后的降水谱反演得到的雨滴谱均呈指数分布。选取北京延庆地区2006年和2012年具有代表性的降水资料,对比反演得到的不同强度和不同类型降雨的雨滴谱资料显示,这种估算雨滴谱的方法可行且可靠,利用双高斯拟合将双峰分离,可以达到风廓线雷达数据质量控制的目的,对于风廓线雷达在更为复杂的天气条件下应用具有借鉴意义。     

伊犁河谷汛期一场短时强降水雨滴谱特征分析

利用常规地面、高空资料、新一代天气雷达资料、雨滴谱资料,对2012年8月3日发生在伊犁河谷的一次较大范围暴雨的天气背景、雷达回波特征和降雨微物理特征等进行深入分析。结果表明,200hPa西西伯利亚西风槽、500hPa中亚低涡和地面冷锋是这次强降雨过程的主要影响系统。河谷喇叭口地形对气流的机械挤压、东高西低地形对对流的触发、地形强迫抬升对对流和降水的增强具有重要影响。这场降水过程属于积层混合云降水,其中大面积的层状云中嵌有多个对流云团,这些云团连接在一起就构成了对流性雨带,通过对暴雨雨滴谱演变分析得出,这次暴雨主要降水由对流性云团造成,对流云团微物理结构存在明显的不均匀性,其中存在多个强降水中心,其水平尺度多维持在10km左右,持续时间维持在5分钟到10分钟之内,降水集中且雨滴数浓度较高,一般在1000m-1个以上,雨滴谱宽及分布差异很大,小于1mm粒子数浓度很高,对雨强的贡献占两成以上。