雾滴谱仪的标准粒子计数校准测量与反演

为了提高国产雾滴谱仪的雾滴粒子粒径测量准确性,采用标准粒子进行雾滴谱的散射响应测试,并用最小均方算法对实际测量的雾滴谱的散射响应信号进行了反演,通过理论分析与实验验证,取得了最小均方算法在不同标准粒子响应信号下的粒径反演数据。结果表明,最小均方算法对标准粒子分布的反演能够减小粒径的分布误差,使不同尺寸的粒子得到准确区分,尺寸区分精度可以达到1μm。该研究为雾滴谱仪的精度提升提供了参考。

高污染下云凝结核对雨、雾滴谱的影响

利用气候基准站、云凝结核计数器、雾滴谱仪和雨滴谱仪等观测资料,分析威宁污染时期云凝结核(CCN)对雨雾滴谱的影响.结果表明:观测期间威宁CCN数浓度很高,S=0.2%、0.4%、0.6%和0.8%时的平均CCN浓度分别为2884、8003、10470、11685cm^(-3),与部分重污染城市相当;CCN有明显的日变化特征,分别在12:00、16:00和20:00出现峰值,与居民生活排放、火电源排放、湍流交换和气象条件等有关;利用N=CS^k式拟合威宁CCN活化谱,平均拟合参数C=14288cm^(-3),k=0.8,表明该地属典型大陆型核谱;威宁冬季云层薄、云顶低的云系特点提供了宏观天气背景,高浓度CCN是导致此次雨、雾过程弱,滴谱窄的重要微观条件.

祁连山区春季降雪滴谱特性分析

利用2008年3-4月青海省祁连县黑河流域气象要素及双偏振多普勒雷达降水观测试验中激光扫描滴谱仪获取的雪滴谱资料,选取了有代表性的4个时段的数据,运用最小二乘法对其进行了M-P分布和Γ分布拟合分析.结果表明:Γ分布可以很好的模拟实际雪滴谱;雪滴谱同雨滴谱一样同样具有多峰的结构;研究了降雪过程微结构参量的演变,讨论了祁连山地区雪滴谱分布的基本特征.计算了≤2 mm雪片对总降雪量的贡献,表明在该地区春季降雪中,小滴对降雪强度的贡献较大,大滴的出现超前于强降雪.得到了适合该地区降雪的Z^R关系.

青岛海雾雾滴谱与含水量观测与分析

1993年6、7月间，我们在青岛小麦岛岸边用“三用滴谱仪”进行海雾滴谱和含水量观测，共取得9个滴谱资料和18个含水量资料，同时记录了能见距离和风速、风向等。由分析得到青岛海雾的微物理特性和雾含水量，雾气的消光系数与能见距离的简单线性关系。能见距离的观测值与分析计算值在含水量从0．2－0.002g／m3范围内的一致性很好。

确定雾滴谱的方法和雾的红外辐射衰减特性

利用雾滴尺寸的Γ分布模型推导了雾滴谱特征与雾的含水量及能见度的关系 ,给出了利用毫米波衰减和能见度测量雾滴谱特征的方法 .根据雾的含水量与能见度的经验关系 ,对平流雾和辐射雾的雾滴谱特征进行了计算和分析 ,结果表明 ,平流雾的雾滴浓度随含水量的增加而增加 ,而辐射雾则相反 ,并且对于同等含水量 ,平流雾的雾滴浓度比辐射雾小约一个数量级 ,但其模式半径却要大得多 .最后利用所导出的雾滴谱得到了辐射雾的 10 6 μm和 11μm红外辐射衰减与含水量的线性关系 ,与实验结果有很好的一致性 .

重庆市区冬季雾滴谱特征

１９８９年和１９９０年冬，在重庆市中区至市边区进行了雾的综合探测。通过５次浓雾过程的１１９份雾滴谱资料分析，揭示了重庆市区雾滴谱分布基本特征、演变规律及其主要影响因子。对重庆雾的二次发展过程，做出了符合实际的解释。

辐射雾雾滴谱拓宽的微物理过程和宏观条件

为研究南京雾的物理化学过程,2006～2007年冬季,在南京信息工程大学(原南京气象学院)院内进行了雾的外场综合观测实验,共获得27次雾过程资料,其中有22次过程进行了全过程不间断的雾滴谱和湍流观测。根据雾滴谱分布特征可以将辐射雾分为宽谱辐射雾(都为强浓雾,最大直径大于40μm)和窄谱辐射雾(多为浓雾,最大直径小于22μm)两类。辐射雾由浓雾发展为强浓雾的过程中,都具有爆发性增强特征,其本质就是雾滴谱爆发性拓宽,数密度和含水量骤然增大。本文详细分析了爆发性拓宽的宏观条件和微物理过程。结果指出,雾滴谱爆发性拓宽是在降温速率加大(即过饱和度加大)条件下出现的,浓雾阶段地面的弱冷平流及日出后湿地表水分蒸发都易引起雾滴谱爆发性拓宽。雾滴谱拓宽初期,以核化、凝结过程为主,后期以碰并、凝结过程为主。雾滴谱的"拓宽"具有阶梯式的特征;当降温速率很大,即过饱和度很大时,各档雾滴数可不断增多,谱宽可连续增大。湍流不仅对动量、热量和水汽的垂直输送起着重要作用,也是雾滴碰并增长过程不可缺少的条件。

基于滴谱分布的机载雷达波束匹配情况研究

基于机载双频测雨雷达外场校飞试验中获取的有效降水测量数据,利用Ku波段的雨衰系数和等效雷达反射率因子的比值估算了雨滴谱分布参数。在此基础上,通过米散射模拟计算了Ka波段在该滴谱分布下的等效雷达反射率因子,并和机载Ka波段衰减订正后的等效雷达反射率因子进行了比对。结果表明:两者的廓线基本重合,相关系数超过0.95,两部雷达探测的目标物一致,测量的雷达反射率因子的差异主要是由雷达频率的不同所引起的后向散射以及衰减的不同所造成的,波束匹配精度较高。此外,单频滴谱参数的估计依赖于单频衰减订正的精度。机载雷达外场试验中探测的都是弱降水,Ku波段衰减订正不会存在太大的误差,估计的滴谱较为可靠。必须指出的是,精确的参数估计仍然要借助双频雷达的反演方法。

业务DSG5型降水现象仪与Parsivel降水滴谱仪测量参数对比分析

业务降水现象仪作为一种降水滴谱测量设备,可以用于天气现象判断,其包含的降水滴谱信息更是反映了诸多降水微物理特征,而不同设备的观测特性和精度存在一定的差异,了解不同设备的差异,对其资料的后续应用有重要的意义。本文利用2018年湖北省咸宁市黑山观测站8次液态降水过程中地面降水观测、DSG5型业务降水现象仪与同址的Parsivel型降水滴谱仪测量的降水粒子谱信息及其反演的物理参量,共1 503对样本开展对比分析,研究结果表明:(1)相比于地面自动站降水数据,Parsivel与地面观测一致性较高,DSG5则有一定的偏小。(2)相对于DSG5,Parsivel观测的粒子数浓度Nw相对较多、质量加权平均直径Dm则相对较小。(3)对于分钟雨强RR≥20 mm·h^(-1)的降水,Parsivel粒子直径小于(大于) 3 mm数浓度高于(低于)DSG5的观测。(4)对于直径大于4 mm的粒子,Parsivel的观测的下落速度略低于理论值,DSG5则明显大于理论值。另外,2次雨雪转换过程中降水现象观测对比研究表明DSG5对降水现象有着良好的观测,相比于Parsivel,其在降水相态转换过程中的天气现象与人工观测结果一致性更好。

基于前向Mie散射的激光雾滴谱仪

为测量大气中雾滴粒子的分布,自主研制出基于激光及光电探测技术的前向Mie散射的激光雾滴谱仪。通过标定测试及实际测量,对研制仪器的准确性进行了实验验证,结果表明:研制的激光雾滴谱仪可对大气中2~50μm粒子进行准确测量,粒子谱分布及其折合液水含量与国外同类产品相比具有较好的一致性,测量数据相关的系数为0.74。该仪器可用于降雾天气的实时观测,以及雾生消微物理过程研究。

张家口地区一次长时间降雪过程的滴谱特征分析

利用OTT Parsivel激光雨滴谱仪和站点加密观测资料,分析2019年11月29日张家口地区一次长时间降雪天气过程开始、雪花、稳定强降雪、结束4个阶段的滴谱演变特征,结果表明:(1)降雪天气过程中微物理参量(降水强度R、数浓度Nt、雨水含量W、雷达反射率因子Z、质量加权平均直径Dm)演变趋势基本相同,其中开始阶段、稳定强降雪阶段、结束阶段的降水强度、雨水含量、雷达反射率因子受粒子数浓度影响较大,而雪花阶段降水强度、雨水含量、雷达反射率因子受粒子直径影响较大。(2)稳定强降雪阶段,粒子数浓度Nt量级为103~104个/m^(3),而Dm<1 mm,这是由于大雪片在温度较低的情况下,下落过程中破碎形成大量小雪片。降雪过程中,雪滴下落速度<2 m/s的粒子数占总粒子数的90%,强降雪阶段的雪滴下落速度集中于1~1.5 m/s。(3)在降雪过程中,最小二乘法拟合效果优于二、三、四阶矩方法。

滴谱特征对环形燃烧室燃烧性能的影响

滴谱特征会对燃气轮机环形燃烧室的燃烧性能造成重要影响。通过数值模拟,研究了不同初始平均粒径及喷雾半角下形成的不同滴谱特征对燃烧室燃烧效率、火焰长度、燃料驻留时间等性能参数的影响规律。结果表明:燃烧效率随初始平均粒径的减小先增大后减小,随喷雾半角的增大逐渐增加。火焰长度和燃料驻留时间随初始平均粒径的增大而增大,随喷雾半角的增大而减小。

显微成像技术测量雨、雾滴谱

云雾和降水滴谱参数(数密度和粒径)的智能化测量方法,多数是通过测量雨雾滴产生的阴影、光强或者散射能量进而间接反演估算实现的.应用显微摄影原理和嵌入式技术,研制了一套嵌入式显微成像自动测量样机,经几何尺度定标后,在南京信息工程大学气象楼顶,利用样机分别对2011年10月28日(毛毛雨天)和11月1、4日(雾天)的小水滴的影像进行外场采集和测量.初步实测结果表明样机可直接实时获取粒径在5～300μm范围内的毛毛雨和雾滴的二维图像.经图像识别处理,得到了该范围内的毛毛雨和雾滴谱参数,并绘制了其数密度直方图.该样机体积小、质量轻,采用蓄电池电源供电,便于外场应用,其搭载的触摸屏可供多人同时观察样品并进行讨论,实时拍摄的图像以文件形式储存,便于分类管理、检索和编辑等后期处理.

气象雷达中雨滴谱回波参数建模技术研究

针对双极化雷达的主要回波参数差分折射率Z dr和线性退振比LDR与雨滴关系的问题,该文重点研究了雨滴的形状轴比,取向分布对这两个参数的影响。与以往不同的是,该文采用了更贴近实际的fisher分布取代了原有的高斯分布的取向情况。同时在一定滴谱分布下也就是确定了轴比分布的条件下,仿真得到了LDR和Z dr,然后与其他文献进行了比较。仿真表明,这两个参数既取决于折射率因子加权轴比,又同时取决于取向角分布的均值和方差。

高海拔地区冬季降雪滴谱特征分析

滴谱分布能够在一定程度上反映降水云成雨的过程,江河源区降水对生态和径流补给有着重要影响,为研究高海拔的三江源地区降雪微物理特征,利用OTT Parsivel激光粒子谱仪实测的降雪滴谱数据,采用最小二乘法对平均雪滴谱进行Gamma分布和M-P分布拟合,分析降雪滴谱特征和降雪过程微物理特征量降雪强度、粒子数、平均粒径随时间的演变规律,结果表明:(1)该地区降雪滴谱分布更接近于Gamma分布;(2)速度小于2 m/s的粒子对降水贡献达90%以上;(3)粒子数与降雪强度变化趋势基本一致,平均粒径与降雪强度变化没有显著关系;(4)Z=300R^1.40关系式高估了当地实测值。因此,以上分析可以增加对该地区降水微物理特征的理解,并有助于该地区降水微物理特征的研究。

雨雾淞天气的滴谱 含水量与积冰

本文通过四年的野外观测资料，对贵州雨雾淞天气的滴谱、含水量与积冰作进一步的探讨，得出滴谱的表达式、含水量与积冰自身的变化、以及滴谱特征量和含水量在雨雾淞天气积冰中的作用。

全息滴谱图象分析系统

本文探索了全息滴谱图象分析问题。研究了以一维参数对粒子再现全息影象进行三维调焦的可能性,找到了在大范围内自动调焦的判据。一台闭路电视被用作光电图象转换器,视频图象信息先在硬件中作预处理,由小型电子计算机对输入信息进行加工,从而给出调焦位置。冻结在全息图中的所有粒子被逐个地调焦完毕,整个粒子群的统计分布亦由计算机计算出来了。研制的样机与全息滴谱记录仪配套使用,为云雾物理,植物保护,爆炸分散,燃油雾化等方面的研究提供一个有效的手段。

水射流雾滴谱试验研究

利用LSA-III型激光粒度测试仪对水射流雾化的雾滴谱随速度和空间变化特性进行了试验研究,得到了雾滴谱液滴直径随速度增加而减小,随速度的增加变得更均匀的结果。雾滴谱的索特尔平均直径从轴心向两侧边缘变小,且上侧比下侧的更小,并随速度和离开喷嘴出口距离的增大,这种变化趋势在减弱。速度为27m/s和35.3m/s时射流雾化实际上处于风生破碎阶段,并由于二次雾化破碎,液滴直径沿轴向减小;速度为93.5m/s和121.6m/s时的射流二次雾化范围很短,并由于碰撞的原因,液滴直径沿轴向增大。

基于雾滴谱分布的雾场散射特征分析

不同地区的平流雾和辐射雾具有差异化的雾滴谱分布,导致雾场对光辐射具有不同的衰减特性。Mie散射适用于描述雾场气溶胶微粒的散射与衰减,光传播遵循动态的粒子数守恒过程。采用雾滴谱分布函数修正气溶胶微粒的相位矩阵,分析了红外光在雾场气溶胶微粒团簇中的散射光偏振性。结果表明,决定雾场气溶胶微粒退偏特性的因素主要包括雾滴谱分布、雾滴折射率、吸收系数以及入射波长等。在前向散射区域内,退偏性随能见度的增加而减弱,在大部分后向散射区域内,表现出相反的趋势。

挑流泄洪雾化的水滴联合信息熵数学模型

当挑流水舌高速冲击下游水面时,在下游空间会形成大量的运动水滴,如何确定这些水滴粒径的分布已成为一个重要的科学问题。气象上各类降雨滴谱常用Gamma分布来拟合,在泄洪雾化水滴粒径分布的建模中,也多采用Gamma分布来模拟其滴谱分布,但是这种方法缺乏物理意义,而且计算的精度不高。为克服Gamma分布的不足,基于最大熵增方法,提出了一种在非平衡开放体系下的水滴宏观和微观的联合信息熵分布模型,并建立误差函数的方法对模型参数进行求解。计算结果表明,本文构建的联合分布模型的计算结果与实验数据吻合最好,在不同工况下,联合模型计算结果比Gamma、传统最大熵分布计算的结果决定系数分别高3.5%、25.3%,均方根误差分别低72.4%、79%。在不同的工况下,液滴平均直径之间存在等成正比关系,为泄洪雾化粒径分布的预测提供了理论基础。