基于雨强分级的夏季降水微物理特征分析

利用南京地区2013—2014年夏季Parsivel激光雨滴谱观测资料,讨论了小、中、大、暴4种降水强度等级的微物理参量演变特性、雨滴谱形状因子μ与尺度参数λ关系、雷达反射率因子Z与降水强度R关系。结果表明:1不同强度等级降水的粒子平均直径差异较小,降水粒子数浓度、单位体积含水量、单位时间降水能量均随降水强度等级的增强而增大。2在小雨阶段,Gamma分布函数会高估D小于0.625mm的粒子数,在暴雨阶段会低估D小于1mm的粒子数;不同强度等级降水的μ-λ间均存在较好的二项式函数关系,小雨样本的拟合曲线与所有样本拟合曲线接近,中雨、大雨与R大于5mm/h样本拟合曲线接近,暴雨则高于R大于5mm/h样本拟合曲线。3夏季降水的Z-R间存在较好的指数关系,但如果采用所有样本拟合关系估计降水,会存在高估暴雨阶段降水强度的现象。

基于降水微物理特征测量仪的雨滴形状观测与分析

利用自主研制的降水微物理特征测量仪开展降水观测试验,得到了大量的雨滴图像。研究了异常雨滴图像的形成原因和处理方法,以此为基础重点研究了在极坐标下基于Akima插值的数字雨滴图像矢量化方法,得到了雨滴平均形状特征和轴比分布特征。结果表明,直径小于1 mm的雨滴以圆形为主,在1.0~3.0 mm的雨滴以椭圆形为主,大于3.0 mm的雨滴逐渐呈现顶部凸起,底部偏平的形状;雨滴的平均轴比分布与经验分布一致,相互之间差异在±0.04 mm范围以内;雨滴的平均轴比与经验模型的差值在粒径3.4~3.8 mm出现峰值,该范围内的雨滴较经验关系具有更圆的形状特性。

基于单帧双脉冲成像的降水微物理特征测量仪

为了实现对降水粒子尺度、形状、速度等微物理特征的同步测量,提出了一种基于单帧双脉冲成像的降水粒子测量方法,并搭建了降水微物理特征测量仪样机,该样机由脉冲光源、面阵图像传感器、以数字信号处理(DSP)芯片为核心的采集与控制单元、数据处理单元组成。然后研究了利用点扩散函数进行图像复原的方法,以及利用曝光参数进行粒子捕获概率修正的方法,并利用定标小球进行了检验。最后使用该仪器在南京地区进行了降雨外场实验,并与OTT雨滴谱仪进行对比。实验结果表明:仪器可以同步测量雨滴的形状、轴比、速度与尺度等微物理特征,与经验模型具有良好的一致性;与OTT雨滴谱仪的雨滴谱分布和降雨强度有很好的一致性,二者测量降雨强度的标准偏差为1.57mm/h,相关系数达到96%。该仪器对降水微物理特征具有更好的测量效果,可以在野外长期无人值守运行,在大气物理研究、数值天气预报模式、水文学研究等领域有着广阔的应用前景。

2014-2016年南京地区降雪微物理特征

利用OTT激光雨滴谱仪观测的南京地区2014—2016年共六场降雪粒子谱资料,按仪器记录的降水类型将资料分为雨夹雪、小雪、中雪,利用Gamma和M—P函数对粒子的尺度谱进行拟合,拟合参量由阶矩法求出。线性拟合得出降雪粒子末速度的V—D曲线,并与经验曲线进行对比分析;μ、λ关系由拟合所得二项式表示。结果表明:南京地区降雪尺度谱分布更接近于Gamma分布;小雪、中雪粒子的下落末速度同粒子直径变化无较大关联,降雪粒子以湿雪为主;雨夹雪很好地满足μ、λ二项式关系,小雪和中雪的μ、λ二项式关系相对更差,利用此关系简化Gamma函数进行遥感反演降水参量时,对于不同凝结状态的降雪需采取不同的μ、λ函数关系来表示。

2014—2015年南京春夏两季降水微物理特征分析

利用激光雨滴谱仪OTT的观测资料,分析了2014—2015年南京地区春、夏两季小雨、中雨、大雨、暴雨四类不同降水强度的雨滴的微物理参量的演变特性,以及雷达反射率因子Z与降水强度R的关系。结果表明,不同强度等级降水的粒子平均直径差异较小,降水粒子数浓度、单位体积含水量均随降水强度等级的增强而增大;Gamma拟合分布时春季和夏季暴雨的效果最好;春季和夏季降水的Z—R关系间存在较好的指数关系。