四川盆地秋季一次层状云弱降水过程的微物理特征观测分析

利用Ka波段毫米波云雷达联合雨滴谱仪、L波段探空和地面常规气象台站等观测资料对四川盆地秋季一次层状云弱降水过程进行观测,分析研究了其宏、微观结构特征及雨滴谱分布特征,并对云中融化层(零度层亮带)进行详细的分析和对比。结果表明:(1)云系内有对流泡,雨强大部分集中在2 mm·h^(-1)以下,降水峰值与对流泡具有较好的对应关系。(2)降水发生前主要为层状云,云顶高度约为3 km,云底高度约为1.5 km,云中主要以粒径小、相态单一的液相粒子为主;降水发展期的云系以层状云为主,伴随对流泡发生,层状云顶高度约为4 km,云系内的对流泡云顶最高可达10 km,雷达回波及地形成地面降水,云中有明显的零度层亮带(融化层)现象;降水消散期的云系变为双层云,下层以层积云为主,云顶高度在4 km以下,以粒径小、相态单一的液相粒子为主,上层云以高积云为主,云底高度约在5 km,云顶高度延伸到8 km以上,以粒径小、相态单一的冰相粒子为主。(3)降水发生前和降水发展期云滴谱呈单峰结构,谱较窄,谱宽在0.312~2.375 mm之间,峰值位于0.437 mm,以小粒子为主,降水消散期为双峰型,峰值位于0.437 mm和1.375 mm之间。降水发展期雨滴谱和数浓度相对更大。(4)层状降水云零度层亮带厚度为200~600 m,不同雷达参量上亮带厚度不同;退偏振比对零度层亮带最为敏感,最早在垂直廓线上出现亮带信息,是粒子相态变化的重要指标;亮带厚度与径向速度、谱宽、退偏振比差值相关度很高,但与回波强度差值关系不大。

黄山层状云和对流云降水不同高度的雨滴谱统计特征分析

根据2011年6~7月在黄山不同高度采用PARSIVEL雨滴谱仪测得的雨滴谱数据,对不同海拔高度上两类(层状云和对流云)降水粒子谱的微物理特征量、Gamma函数拟合以及雨滴的下落速度进行对比分析,结果表明:对流云降水的雨水含量和降水强度、雨滴的各类尺度参数和数浓度都比相同位置上层状云降水的大,同类降水中,山腰的雨滴尺度大于山顶和山底,这可能与各观测点和云底相对位置的不同有关;随降水强度增加,雨滴的质量加权平均直径Dm逐渐增大,广义截距参数(log10Nw)的标准差逐渐减小。拟合结果表明各高度的雨滴谱都比较符合Gamma分布,由拟合参数分析雨滴谱的演变,发现相对于对流云降水,层状云降水粒子谱随高度的变化较小,雨滴谱的演变较为稳定。此外,本文还对两类降水中雨滴的下落速度及影响落速的因素进行了分析。

一次层状云降水过程微物理机制的数值模拟研究

层状云由于在水平上较为均匀,可以用一维模式来模拟其云微物理过程。因此,本文使用一个包含详细微物理过程的一维层状云分档模式结合地面Doppler雷达、PMS观测资料,对2007年7月1日吉林省一次锋面抬升引起的层状云降水系统进行了模拟研究。计算结果详细地刻画了水滴、霰、雪花和冰晶粒子谱分布、含水量在垂直高度上的分布与变化,并定量分析了该例中冰晶层、混合层和暖层中凝华、凝结、碰并等微物理过程对粒子谱型的影响,以及冰晶层、混合层和暖层对地面降水的贡献率。结果表明,在该例中,冰晶层对混合层的播撒以直径D<300μm的小冰晶粒子为主。从混合层播撒D>100μm的水滴粒子以及未完全融化的冰晶粒子对暖层中小云滴粒子的碰并收集作用较强,同时,一部分降水粒子在暖层内可通过随机碰并机制产生。三层云对降水的贡献分别为3.5%、38.5%和58%。三层云中若缺少混合层,地面降水仅为0.475mm/h,谱宽920μm,且雨滴粒子数浓度较高;若无暖层,降水时间滞后,雨强增加缓慢,地面降水达0.807mm/h,雨滴粒子谱宽达1500μm;无冰晶层时,降水强度与三层俱全时的模拟结果基本一致,降水及雨滴谱的改变非常微弱。

辽宁一次暴雨天气过程的多普勒雷达层状云降水回波特征分析

利用500 hPa、850 hPa等常规天气图资料和多普勒组合反射率、回波顶高、垂直累积液态含水量、径向速度、风廓线等天气雷达回波资料,对2011年7月29-31日辽宁省一次暴雨天气过程的多普勒雷达层状云降水回波特征进行分析,并分析了此次暴雨天气过程的多种雷达产品特征,探讨多种雷达产品对客观反映暴雨天气特征的可参考性,结果表明:此次暴雨降水地点主要发生在暖区、850 hPa切变附近,降水强度大、持续时间长;从雷达组合反射率图分析,地面大洼-辽中-法库-线有一个自西南向东北移动的降雨带存在,降雨带移动过程中,逐渐生成对流性云团产生暴雨,凤城-宽甸-线的降雨中心是由东南部发展的对流云团产生的;回波顶高近似均匀分布,空中液态含水量较小则表明这次过程的层状云降水特征明显;径向速度图表明7月30日20时降水产生时,径向速度出现相对大值区,其内有水汽辐合、质量辐合或较强的上升运动,强回波区域有弱的辐合气流;风廓线图可以看出在主要降雨时段,低层急流特征明显,最大风速可达27.3 m/s。

2002年河南春季的一次层状云降水特征研究

对2002年4月4—5日发生在河南省的大范围春季层状云降水进行探空、雷达、卫星等综合加密观测,分析了锋面移动过程中的云系特征和降水特点。结果发现此次降水主要是700～500hPa大气位势不稳定( θse/ z<0)造成的,位势不稳定区与地面降水极值中心有较好的对应。另外,在位势不稳定层出现前后,高空250～200hPa均存在一个急流中心,而在位势不稳定层的上方或下方则会有风向切变与之对应。云层厚度小、云顶高度低、云系结构不均匀是此次降水云系的主要特点。700～500hPa之间的位势不稳定度小、水汽输送量小和云顶温度低是造成此次降水量小的主要原因。

河南省春季一次层状云降水云系结构和降水机制的数值模拟

利用PSU/NCAR的MM5中的双参数显式云物理方案,模拟了2007年河南省春季一次层状云降水过程,模拟结果显示,降雨主要落区和强度与观测一致,24 h降雨预报的TS评分较高。模式输出的雷达反射率与郑州站雷达RHI回波相比较,模拟的回波结构基本符合层状云回波特征,存在零度层亮带。在成功降水模拟的基础上,分析了云系不同部位结构特征和粒子质量通量分布,发现雨水的形成在不同部位依靠不同的过程。郑州站云的垂直结构和降水微物理过程研究表明,降水机制符合"播种—供给"机制,降水形成主要依靠雪的融化和暖云微物理过程,暖云对整层降水起主要作用,暖云微物理过程是形成降水的更有效方式。

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10-1mm,雨滴数密度为102个/m3,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。

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。

层状云降水微物理特征及降水机制研究概述

层状云是中国北方大部分地区降水的主要云系,采用综合观测资料的分析研究并结合最新的数值模式对层状云特征和降水机制进行深入研究很有必要,也是含后工作的方向。描述了层状云的种类、特点,通过分析机载PMS(粒子测量系统)资料和地面雨滴谱资料介绍了国内外在层状云云滴谱、冰晶谱、雪质粒谱、雨滴谱、云中质粒总谱等微物理特征方面的研究方法及成果,还介绍了国内外在层状云降水机制方面的研究方法及成果,包括层状云降水数值模拟以及暖云降水机制和冷云降水机制研究。

安宁河谷雨季层状云和对流云降水的雨滴谱特征

利用2017年8—10月安宁河谷的激光雨滴谱仪观测数据,对层状云和对流云降水粒子谱的微物理参量、Gamma函数拟合、Z-I拟合关系、降水粒子对数浓度和降水强度贡献率进行了分析。结果表明:层状云雨滴谱较对流云窄,对流云降水粒子总数浓度、降水强度、液态水含量和雷达反射率因子等均显著高于层状云。Gamma函数可以较好地拟合雨滴谱的分布情况,层状云的函数曲线较对流云更加平滑。层状云、对流云降水的Z-I拟合关系均较好,分别为Z=181.90I1.54和Z=175.59I1.54。层状云降水强度贡献率的80%集中在直径不超过2 mm的粒子,而对流云的90%集中在直径超过1 mm的粒子,表明降水粒子尺度较浓度对降水强度的影响更大,大尺度降水粒子对降水强度贡献更大。

一次层状云降水过程云底高度计算及演变规律分析

本文利用MICAPS自动站资料计算抬升凝结高度并结合地面人工观测资料近似得到云底高度,结合卫星云分类等资料,对2009年2月7日-9日的一次系统性层状云降水过程进行分析,研究云底高度在层状云降水过程中的演变规律以及与降水的对应关系。结果表明:产生降水的区域都是云底高度较低的区域,而云底高度相对较高的区域则不会有降水产生;云底高度在白天从早上逐渐增大,到中午14时左右达到最大,下午17时开始逐渐减小,至凌晨5点左右降至最低,此后又开始逐渐升高。

六盘山区夏季一次层状云降水成因及宏微观特征分析

利用六盘山区1部X波段双偏振雷达、3部ka波段云雷达、3部Parsivel2雨滴谱仪的观测资料,分析了六盘山区夏季一次层状云降水成因及降水云系宏微观变化特征。结果表明,受锋面过境影响,六盘山区降水的时间和空间差异较大,降水云系反射率因子在20~36 dBZ之间,差分反射率因子在0~3.5dBZ之间,受阵性降水影响双偏振雷达显示相关系数均值在0.5~0.8之间;此次降水雨滴的等效直径较小,雨滴谱数浓度与等效直径随海拔高度增加分别呈现增大和减小趋势,由于山顶距离云底较近或在云内,小雨滴的浓度较大,随着降水的发生,西坡雨滴的谱型发生变化,而东坡谱型未发生变化,说明西坡由于碰并和小雨滴的蒸发,出现较强的阵性降水,与实况降水表现一致。

贵州冬季静止锋层状云小降水过程WRF模式预报中云内湍流参数化研究

降雨是影响环境空气质量的重要影响因素,提高降雨预测准确性对环境空气质量预报具有重要意义,但WRF模式对于贵州冬季层状云小降水的模拟能力较差。本研究以贵州省贵阳市为例,在WRF气象场数值预报的基础上研究静止锋暖云降水过程云物理参数和降水的关系,从而建立静止锋暖云降水过程的模式参数订正回归关系。模式计算结果表明,在对WRF模式进行云层厚度、云底高度、气层最大相当位温等常规参数设置的基础上,调整云内湍流强度的理查逊数(R_(i))可使降水预测准确率得到提高。不同湍流状态下参数化订正比整体订正的效果更好,尤其在中上部湍流不稳定情况下,参数化订正能大幅提高模式预报降水的准确率。

一次层状云系降水过程的综合观测分析

此次降水云系云顶高度约8kin分布相对均匀；雷达回波集中在15dbz～30dbz之间，有明显回波亮带，为典型层状云降水；云中以过冷水为主，LWE大值区域主要集中在2500m～3500m，4km以上LWC数值很低；大云粒子直径随着高度增加而增大，降水粒子直径随着高度增加先增大后减小，大值区集中在2600m～4500m之间；水平分布上小云粒子浓度整体较小，但有几个高值区，大云粒子直径大小和粒子浓度分布相对较均匀，降水粒子直径分布较均匀，浓度与小云粒子呈反相关；此次降水粒子主要成因可能为冰水转换机制。

CCN数浓度及参数化方案对一次层云降水过程影响的数值研究

利用中尺度WRF模式(V3.7),采用WDM6双参数微物理方案,对2014年7月26日12时—28日06时发生在华东地区的一次层状云降水天气进行数值模拟。通过改变模式中初始云凝结核(CCN)数浓度及参数化方案,进行敏感试验,对模拟结果进行对比分析。改变CCN数浓度的结果表明,CCN数浓度对降水的影响复杂、非线性,随着CCN数浓度的增大,降水量减小。云水、霰混合比始终增加,雨水混合比表现为先增加后减小再增加的趋势,冰晶混合比则与之相反,呈现先减小再增加再减小的趋势,雪晶混合比呈现先减小后增加的趋势;改变CCN参数化方案的结果表明,两者模拟降水落区有差别,三参数方案更接近实际;降水产生后,三参数方案的CCN浓度一直高于双参数方案,且数值变化不大;双参数方案的结果显示暖云降水加强,冷云降水略弱,三参数方案则显示暖云降水较弱,冷云降水较强。

山东不同云系降水微物理参数特征

研究不同云系降水的微物理参数特征,对研究降水机制、人工影响天气、雷达定量测量降水、数值预报模式中微物理参数化方案的选择等都有一定意义。本文针对2015年济南地区的液态降水过程,基于微降水雷达(Micro Rain Radar,简称MRR)资料,研究不同云系降水的微物理参数。在400 m高度上,层状云降水0.02~0.2 mm h-1雨强样本数很大,但对累计降水量的贡献很小。混合云和对流云降水在大粒子端数浓度较高。在垂直方向上,层状云降水中的粒子的尺度较集中,中值体积直径D0平均在1 mm左右,随高度的变化不大。对流云降水在雨强大于20 mm h-1时,强垂直气流(包括上升气流和下沉气流)对粒子直径的影响较大,进而影响空中微降水雷达反演降水参数的数据质量。而垂直气流的影响对层状云降水影响较小,在层状云降水时,微降水雷达可以用来分析零度层亮带以下雨滴谱在垂直方向上的演变。

祁连山南麓夏季不同降水云系雨滴谱特征及其Z-R关系

利用2019年8—9月激光雨滴谱仪观测数据,对祁连山南麓夏季不同降水云系(层状云和对流云)雨滴微物理特征、雨滴谱分布、粒子下落速度及Z-R关系进行分析。结果表明:(1)祁连山南麓夏季对流云降水雨滴各微物理参量均大于层状云降水,山区对流云发展不同阶段对雨强及雨滴微物理参量的影响较大;(2)Gamma分布更加接近祁连山区夏季实际雨滴谱分布,但M-P分布和Gamma分布均会造成雨滴数浓度的高估;(3)不同尺度雨滴粒子下落速度不同,对流云降水粒子落速范围略大于相同尺度上的层状云降水,传统粒子下落速度拟合在祁连山区存在明显的低估现象;(4)祁连山南麓夏季层状云降水Z-R关系为Z=445R1.50,对流云降水Z-R关系为Z=427R1.88,使用传统的雷达估测降水方法会造成该地区降水的低估。

北京夏季两种降水云系粒子微物理特征研究

文章选取反射率、径向速度、退偏振比、速度谱宽、粒子含水量、相态识别和粒子有效半径等多种雷达产品,对2021-05-22/05-23以层状云为主的降水过程进行分析,从而获取积云降水云系及层状云降水云系粒子的微物理特征。该研究方法和结果可以为人工影响天气中增雨增雪工作提供更直接的指导产品,为人工影响天气作业条件效果分析提供帮助。

一次雨夹雪降水过程人工增水作业的综合观测研究

2013年4月19日,河北省人工影响天气办公室在河北中南部地区对回流和西风槽复合天气系统云系进行人工增水作业,催化和探测部位在槽前上升气流云层和回流云层中,这次降水特点:(1)降水系统呈"槽前云"和"回流云"两层结构,大粒子主要在上层槽前云中增长;(2)"槽前云"温度和云顶温度较高,"回流云"温度低,固态降水粒子在"回流云"粘连增长加大地面降雪;(3)大云粒子和降水粒子很多;(4)小云粒子丰富,全谱拟合曲线lg=algD+b的截距b>2,适合催化作业。在分析云微物理特征的基础上,结合实时天气、卫星、雷达、探空和雨量资料,从多角度分析了层状云增水作业实用技术和催化的宏微观响应,结果表明:作业后影响区雷达反射因子、卫星反演参量和云内微物理特征量都有明显变化;催化影响区地面降水的变异通过了显著性分析,但作业前后影响区内外这一差异是否是催化效果需要进一步验证。

使用雷达回波三维信息自动识别降水类型的方法

提出了一种使用雷达回波三维信息(反射率因子的水平梯度、垂直递减率、垂直廓线变化特征以及回波顶高等)自动识别降水类型的方法,该方法可将雷达回波划分为热带降水类型、大陆强对流云降水类型和层状云降水类型。基于广州雷达于2008年5—8月观测到的7次强降水过程,在使用本方法识别降水类型的基础上,对不同降水类型使用不同的Z-R关系来测量降水量,即对热带降水类型使用Z=230R1.25,对大陆强对流云降水使用Z=300R1.4以及对层状云降水使用Z=200R1.6,并以雨量计观测的降水量为真值,与仅区分对流云降水和层状云降水类型并使用双Z-R关系测量降水量的方法进行了比较。结果表明,本方法可以有效地自动识别降水类型的分布区域,并且可以提高雷达定量测量降水的精度。