下落过程中雨滴谱和雨的雷达反射率的变化

一、前言 在雨滴下落的过程中,雨滴与云滴之间的冲并,大雨滴与小雨滴间的冲并,雨滴的破碎和雨滴的蒸发等效应要引起雨滴谱的变化,这是云雾物理学需要解决的问题之一。 雨滴谱随高度变化的问题对雷达气象学也有意义。用雷达测雨是一种比较好的遥测方法,它能给出雷达站四周雨强的分布以及它们随时间的变化。从服务的观点来看,我们当然希望雷达测出的雨强分布就能代表实际上降落到测站四周地面上的雨强。但是,由     

雨滴谱gamma函数拟合方法的分析与评估

地面雨滴谱常呈现gamma分布,gamma函数三个参数分布特征与降水云性质有关,采用不同拟合方法得到雨滴谱分布参数亦存在差异。利用2016年6～7月华南前汛期降水观测试验期间广东龙门地面PARSIVEL激光雨滴谱数据和相同地点的C波段调频连续波垂直探测雷达数据进行层状云及对流云分类,对地面雨滴谱数据按照15 min时长进行分组,得到了102组层状云降水样本和64组对流降水样本,开展降水雨滴谱gamma模型函数拟合方法的评估试验。对雨滴谱分布平均值特征曲线的代表性确认后,分别进行了非线性最小二乘法拟合以及多种阶矩法的拟合试验;使用地面实测数据与gamma拟合函数三个参数分别计算雨滴谱数浓度均方根误差、质量加权中值粒径的相对误差和降水强度的相对误差评估拟合结果。结果表明,使用非线性最小二乘法拟合效果最优。联合2016年6月13日调频连续波雷达探测一次降水过程不同阶段的地面雨滴谱特征,得到降水强度与gamma参数的相关关系,为降水云体垂直结构及降水微物理研究提供合理方法。     

积层混合云降水雨滴谱特征分析

研究了雷州半岛积层混合云雨滴的微结构参量特征,用2007年8月8日至11日在广东湛江和遂溪观测获取的295个降水雨滴谱样本.根据雨滴瞬时谱和有关物理量的演变特征,分别得到了数浓度、雷达反射率因子和雨水含量与雨强的变化关系,给出了雨滴谱的Γ分布拟合和参数随时间的变化特征,得出三次积层混合云降水的平均谱Γ分布,可以描述为N=58 859.634 29D~(7.403 805) exp(-4.816 26D).这些结果可作为检验标准与雷达回波资料进行比较,确定降水的性质和定量估量降水;还可以通过地面连续雨滴谱数据推测空中雨滴谱的基本特征,从而完整地认识整个降水过程.     

海洋浅对流云滴谱演变的观测分析

为了更好地分析云滴谱演变特征,结合垂直速度和液态水含量,采用总体平均统计和个体分析相结合的方法,对在加勒比海域开展的海洋浅对流云降雨观测试验(RICO)中3个架次(rf06、rf10和rf13)的滴谱资料进行了分析。结果表明:在云底以上500m左右的范围内,主要以云滴的凝结增长过程为主;在1km以上高度附近,雨滴粒子开始出现,成为云滴粒子向雨滴粒子转化的敏感区域;在对流云的上部,雨滴粒子随高度逐渐增多,直径较小的云滴粒子的数密度变化差异较大;云粒子谱型与环境动力场有明显的相关关系,处于蒸发过程时,直径小于40μm的云滴粒子会迅速减少,处于凝结过程时,直径在10μm附近和30μm附近的粒子会有双峰谱型出现,对应着云凝结核的活化和小云滴粒子的凝结增长。     

海南省秋季暴雨过程雨滴谱的特征分析

以2017年海南省海口市秋季暴雨过程为研究对象,利用Parsivel降水粒子谱仪观测到的雨滴谱资料,分析雨滴微物理参量特征及滴谱随降水过程的演变特征.结果显示:降水粒子以直径小于1 mm的雨滴为主,直径大于1 mm的雨滴数所占的比例低,但其对雨强的贡献最大.雨滴数浓度、雨强、最大直径和均立方根直径随时间的演变趋势相似,峰值和谷值位置基本一致.降水前期雨滴谱以单峰为主,谱型窄;中期谱型拓宽,滴谱从单峰向双峰甚至三峰演变,有4 mm的大粒子出现;末期谱型变窄,滴谱变回单峰,雨滴数浓度显著降低.当进行Gamma分布的拟合时,直径在1.5 mm～3 mm范围内的雨滴,其拟合最为理想,本研究可为进一步研究热带降水云系的微物理特征提供参考.     

中国不同地区降雨中光强衰减与方差特性研究

本文为研究雨中激光信号均值及方差与降雨率变化关系,首先通过MIE模型计算了不同波长粒子直径与散射参数的关系。然后分别计算了各种雨滴谱下光的相干场与非相干场的光强衰减,代入中国不同地区雨滴谱与Marshall-Palmer分布进行对比,计算不同雨滴谱下的单位距离光强衰减,再引入雨滴速度导出散射光强频谱计算散射场强方差。结果表明雨中激光信号方差随降雨率的增大先增大后减小,且与光强衰减具有一定相关性。最后,代入实测数据对模型进行验证,结果指出Marshall-Palmer分布模型与实测数据较为吻合。     

一次下击暴流个例的诊断分析

通过对2011年10月13日贵阳机场一次突发性大风强降水天气的分析,表明:此次过程是一次明显的小尺度对流单体引起的下击暴流个例.虽无有利的天气尺度影响系统,但地面小尺度辐合触发了过程对流的发展;低层辐合、中高层强辐散产生的大气补偿抽吸效应使得上升运动加强,对流单体发展迅速.但缺少天气尺度系统的动力支持,对流被抑制,单体也快速崩塌,下沉运动出现后迅速占据主导,强烈的下降气流随降水冲击到地面,从而造成下击暴流.     

激光衰减随降雨率的变化关系

根据Mie理论,利用4种常用雨滴谱分布,分析了激光信号在雨中的传输,得到了激光衰减随降雨率的变化关系.结果表明,单位体积内雨滴数量和雨滴尺寸分布对雨的衰减有很大的影响;M-P和广州雨滴尺寸分布适用于小雨范围;Joss的广布雨分布和广州雨滴尺寸分布适用于广延雨范围;由于雷暴雨发生的离散性较大,衰减偏差很大,M-P和广州雨滴尺寸分布适用于雨滴粒子数量较多的雷暴雨情况,Joss的雷暴雨分布和weibull分布适用于小粒子数相对较少的雷暴雨情况.     

GPM DPR雷达联合地面S波段雷达反演雨滴谱

针对GPM-CO DPR观测数据反演雨滴谱算法中存在的双值问题, 提出通过匹配地面S波段天气雷达与GPM-CO DPR观测数据, 为双值问题提供判断依据的方法。在建立反演查算方法的基础上, 利用雷达仿真程序Quickbeam进行算法的理论验证, 并使用观测数据进行实例验证。理论验证的结果表明, 反演结果数据和输入数据的相关系数达到0.99以上; 实例验证的结果显示, 利用此反演算法得到的雨滴谱可以反映降水过程中雨滴粒径的分布情况, 在一定程度上解决双值问题。     

郑州“7·20”极端暴雨的双偏振雷达回波与风场特征分析

为了细致地了解郑州极端暴雨的雷达回波特征与内部动力特征间的联系,本文利用地面自动站、探空、欧洲中期再分析资料以及双偏振雷达,分析了中尺度对流系统发展和成熟阶段的回波和雷达反演的风场结构,揭示了对流系统内粒子相态特征,动力特征等宏微观特征。本文主要研究结果如下：1）反射率因子特征为南北向的带状区域逐渐汇集为团状;径向速度特征为低层辐合和风向随高度顺转的强垂直风切变;2）基于雷达偏振量的分析,给出了对流系统局部结构,进一步的研究表明：差分反射率狭窄的强弧状区域,可有效地指示对流系统内的强上升运动,其为极端降水系统的持续性发展提供了动力强迫;3）剖面上差分反射率柱与差分相位常数柱在空间分布上呈现出分离现象,两者体现出对流系统内的强上升运动,为暴雨的发展与增强提供了强有力的支持。     

宁夏一次大到暴雨过程成因分析

利用地面、高空常规观测资料、数值预报物理量场以及卫星、雷达、自动站等资料,综合分析了2009年8月18日发生在宁夏的全区性大到暴雨过程．分析表明,台风“环高”的生成发展与西太平洋副高（简称副高）之间的相互作用,形成了有利宁夏降水的“东高西低”的环流形势,在副高东退过程中宁夏出现明显降水．500hPa短波槽和700hPa低涡是造成降水的天气系统．降水期间,中低层有明显的水汽和不稳定能量输送,且存在层结不稳定条件;云图中有多个中小尺度对流云团先后影响;雷达回波图上,此次降水过程表现为混合性降水,强降水由多个强度35～40dBz的强回波块影响造成,出现强降水的站点附近有“逆风区”或明显的气流辐合区存在,有明显的中小尺度上升运动,在雷达反演的风廓线可分析出“低层暖平流,高层冷平流”的配置．     

基于计算流体力学的体育馆风驱雨环境数值模拟分析

实际大气边界层近地面风驱雨效应会影响开敞体育场建筑外立面挡雨设计和观众看台舒适性,在方案设计阶段应用计算流体力学技术可以为该类建筑挡雨设计提供分析支撑。采用欧拉-欧拉多相流计算模型,针对实际开敞大跨悬挑体育场馆建筑开展了风雨环境三维数值模拟分析,重点研究了不同等级风力和主导风向对悬挑屋盖建筑外立面风驱雨强度特征影响,分析了不同粒径雨滴风驱雨作用下观众看台区域的等效覆雨面积指标。研究表明,考虑风驱雨作用后体育场馆看台区域的雨滴捕获率可达到1.2,超过仅考虑垂直降雨的雨滴捕获率;风向和风力等级对体育场馆观众看台的风驱雨强度分布规律影响较大,而降雨强度对观众看台位置的单位降雨量雨滴捕获率影响较小;建议在方案设计阶段通过风驱雨数值分析方法评估主导风向风速下建筑风驱雨强度,同时评估最不利风向的建筑遭受的整体单位时间降水量。研究可为同类型体育场馆建筑抗风雨设计提供相关技术参考。     

驻马店2012年盛夏期间一次区域暴雨的成因分析

2012年8月20—21日驻马店市出现了一次区域暴雨,局部大暴雨天气过程.这次降水过程的特点是降水范围广、短时间强度大.从天气图、数值预报产品、稳定度、雷达产品等方面对这次降水过程进行成因分析,从而得出了对大暴雨预报的一些有意义的结论:暴雨的产生前要有强烈的垂直上升运动;深厚的湿云层为这次暴雨过程提供了充足的水汽条件;地面弱冷空气所致低层的偏东到东北急流为这次降水的持续提供了有利的条件.低层形成了较强的垂直切变,增强了辐合上升运动,为这次强降水提供了触发机制.新一代天气雷达监测资料分析表明,强降水天气的基本反射率强度≥45 d Bz的高度一般集中在较低的层次;暴雨要维持较长的降水时间需要一系列降水回波或多单体风暴中的不同单体连续不断经过同一个地方,或者不同移向的降水回波交叉经过同一地方,形成降水的汇集地.     

中国降水场的时空分布变化

 分析了全国160个气象观测站51a(1951-03～2002-02)的月季降水量距平场的时空分布变化规律得出:我国降水空间分布的主要类型是南北分布;统计降水量的时间尺度越大,则降水量的空间分布尺度也越大;冬季降水的空间分布尺度比夏季大;夏季降水空间分布的年际变化比冬季大;春、夏季的降水空间分布变化具有较为显著的正相关关系;春季降水空间分布具有2.4～3.0a的显著周期存在,冬季降水空间分布也具有2.3～2.8a的显著周期存在.     

一次短历时特大暴雨系统的高分辨率卫星图像

利用水平分辨率为1.25km的FY2-C地球同步卫星的可见光云图,对2005年8月14日发生在北京北部山区一次百年一遇的短历时特大暴雨进行了云图分析,发现高分辨率的可见光云图可以在一个多小时前就识别出水平尺度只有几公里的初始对流,并可利用它在地面上的阴影判别其垂直发展的强度。暴雨发生前水平尺度发展到数十公里,其云顶上的暗影表明强烈的对流已突破对流层顶。     

波形对气象雷达探测的影响研究

对于雷达系统来说,发射波形决定了雷达系统的信号处理方式,因此发射的波形对于雷达系统来说十分重要。常规的气象雷达波形单一,在气象探测中存在不足;基于这个问题,从改变气象雷达波形的角度出发,研究波形对气象雷达探测的影响。分别从脉冲压缩后主旁瓣比、波形对雨量的衰减程度以及多普勒效应方面对三种波形进行仿真和分析,得出当降雨强度为中雨以上和小雨时分别采用线性调频波形信号和13位巴克码波形信号进行探测较为理想,当降雨强度在短时间内变化较大时则采用组合波形信号探测较为合适。     

黄石地区梅雨期一次持续暴雨过程的诊断与分析

利用降水实况数据和NCEP（1°×1°）再分析资料对黄石地区2010年7月11日暴雨过程分别从水汽、热力、动力条件着手进行了诊断分析。分析结果表明：本次梅雨期暴雨的水汽累积过程从10日开始,降水期间上空有水汽通量辐合中心存在,并有低空急流与水汽辐合中心配合;暴雨期间,湿层厚度一直延伸至600hPa：850、700、500hPa的假相当位温θse在鄂东南均超过了350K,且500hPa与850hPa的θse差值为正值,表明该次降水是一次稳定的暴雨过程;暴雨期间中低层形成了明显的θse能量锋区;湿位涡分析表明：湖北黄石处于高温高湿的对称不稳定区,不稳定能量大量释放,产生强烈的上升运动,造成暴雨。     

雷达估测降水模拟史灌河流域径流

运用雷达联合少量雨量计方法估测流域面雨量,结合GAME/HUBEX国际合作项目1998年加强观测期在史灌河流域获取的水文观测资料和TOPMODEL进行降水径流模拟,并与稠密雨量计站网测量的面雨量进行流域出口流量模拟的对比试验.在1500小时时间序列的比较试验表明,雷达估测面雨量和雨量计测量的面雨量都能较好地模拟每小时流域出口蒋集的出流量,数值试验还表明,雷达估测面雨量在某一时段上的均值误差作为一个指标可以较好地反映其应用于降水径流模拟时的精度;总雨量和强降水的估测精度是雷达估测面雨量能否用于径流模拟的关键.     

2012年7月4-5日河南省驻马店暴雨过程分析

利用MICAPS常规资料、NECP再分析资料、雷达回波资料,对2012年7月4-5日河南省驻马店暴雨过程进行诊断分析,资料表明：此次暴雨过程是受副热带高压边缘西南气流和中低层切变线的共同影响,高空槽后带来的冷空气与西南暖湿气流在淮河流域上空交汇,促使不稳定能量爆发,从而产生中小尺度强降水.在新一代天气雷达上,则表现为对流性降水回波,回波呈块状结构,强度大,中心强度为59 dBZ,对流高度12 km .从回波连续演变来看,整个回波云系随着低槽的东移南压,移速25 km/h .径向速度图上,最大负速度入流为-39 m/s,最大正速度出流为24 m/s,入流绝对值远大于出流绝对值,表明测站附近为气流辐合.垂直风廓线图上,最大风速高度6．7 km,最大风速风向198 deg,最大风速18．0 m/s,表明高层有西南气流加入,在4．6 km高度附近有一个明显的垂直切变线.     

铜陵市酸雨时空分布特征及其成因分析

文章利用铜陵市2006-2010年的酸雨观测数据、降水化学分析资料和常规空气质量及气象资料,结合多种统计分析方法,系统地研究了铜陵市酸雨的分布特征、化学组成特征,并对其成因进行了初步探讨。结果表明:铜陵市的酸雨污染日趋严重,降水酸度在秋、冬季略高,郊区酸雨较城区严重;铜陵市的酸雨污染属于硫酸型,SO42-和NO3-是主要的阴离子,Ca2+和NH4+是主要的阳离子,各种离子浓度具有明显的局地差异,郊区低于城区,Ca2+和NH4+对降水酸度影响较为显著;铜陵市酸雨污染受区域性酸雨污染和本地污染源共同影响。