激光雨滴谱仪与翻斗式雨量计降水量观测结果对比分析

为探究激光雨滴谱仪和翻斗式雨量计在降水量观测中的差异,本文利用兴隆山森林生态系统国家定位观测研究站林外标准气象场内激光雨滴谱仪与翻斗式雨量计观测的降水数据,对比分析了两种仪器在小、中、大三种降水强度下的降水量、月降水量的差异以及差异产生的原因。结果表明:(1)两种仪器观测的累计降水量在小雨强度下差异最大,主要是由于降水强度很小时,雨滴小而雨速较缓,翻斗式雨量计达到了应翻转雨量才会翻动,反应滞后;(2)两种仪器观测的小时累计降水量相关关系随着雨强的增大而变大;(3)2023年5月—2024年5月,激光雨滴谱仪观测的降水量相对翻斗式雨量计的偏高,其中2023年5—9月差值较小,而2023年10月至次年2月差值较大,主要是由于激光雨滴谱仪能够识别雨夹雪、雪等小粒子。综上所述,激光雨滴谱仪和翻斗式雨量计各有优缺点,在实际应用中可根据具体需求和野外观测条件将两种仪器结合起来进行降水量观测。

CINRAD/SA雷达对Parsivel激光粒子谱仪的干扰及处理技术

针对黄山光明顶的Parsivel激光降水粒子谱仪在实际观测中出现的问题,给出了可行的解决方法。仪器自动连续观测以来每天09:00—16:00采样数据均出现异常谱,经排查发现这个时段恰好是CINRAD/SA雷达观测时段,所以考虑异常数据由雷达电磁辐射或周围电磁场的影响造成,并简要探索了其影响原因。根据金属可以屏蔽电磁波的性质,在确保钢丝网完全屏蔽雷达的电磁辐射下,考虑尽量不影响仪器周围的流场结构且易于固定等因素,经过多次试验,最终选定在雷达方向靠近雨滴谱仪器约3m处安放钢丝网,完全屏蔽了雷达观测时对仪器的辐射,保障了观测资料的可靠性。

利用激光降水粒子谱仪研究雨滴谱分布特性

利用Parsivel激光降水粒子谱仪2009年3—6月在南京观测获取雨滴谱资料,分类对各次降水过程雨滴谱进行Gamma分布拟合,对比分析了南京地区不同云系降水的雨滴谱分布特征以及Gamm a分布参数相关特性,并且讨论了"标准化"Gamma分布参数随雨强及雷达反射率因子的变化关系。结果表明:用Gamma分布拟合本次试验不同云系降水的雨滴谱分布精度都比较高;"标准化"的Gamma分布参数较Gamma分布参数更具有物理意义,且其参数μ和Dm与雷达反射率因子Z均具有较佳的对应关系,μ随Z的增大依次递减,Dm则随Z的增大呈指数型递增。

Parsivel激光雨滴谱仪观测较强降水的可行性分析和建议

为了研究OTT-Parsivel激光雨滴谱仪(简称Parsivel)在较强降水观测中应用的可行性,用南京地区2012年6—7月份4个典型的降水个例,对Parsivel和SL3-1翻斗式雨量计(简称雨量计)的累积降水量、降水强度观测资料进行对比分析,并与人工雨量筒观测作以比较。结果表明:Parsivel测值是可信的,在累积降水量观测上,与雨量计具有很好的相关性,但测值始终偏高,该现象主要是粒子相互遮挡造成的。雨量计的反应时间,明显滞后于Parsivel。雨量计测值接近人工测值;而Parsivel与人工测值的偏差明显大于雨量计。结合实验分析与业务应用,提出3点使用建议:(1)仪器应架设在无遮蔽物的开阔地带。(2)采样周期应随着降水强度(地理位置)的不同而改变。(3)对降水微物理参量特征以及粒子谱分析时,可剔除直径过大、速度很低的粒子。

基于雨滴谱仪的大理雷达定量降水估测初探

选取2022年夏季两次强降雨过程,利用激光雨滴谱仪与大理C波段雷达对Z-I关系进行本地化研究,得出如下结论:雷达回波反射率取值采用0.5o仰角和九点平均与雨滴谱仪反演反射率相关性最高,相关系数达到0.9108。建立了Z-I关系,其系数A为193.02,b为1.7。使用五种误差评价指标对估测雨量做出评价,发现利用雷达和雨滴谱两者的反射率因子线性关系式修正雨滴谱反射率因子估算出的降雨量,其效果要好于雨滴谱估测雨量,其雨量均方根误差仅为3.8mm。

Parsivel与LNM激光雨滴谱仪降水观测的差异

为研究Parsivel与LNM两种激光雨滴谱仪观测性能的差异,通过分析北京南郊观象台试验场地的两台激光雨滴谱仪2014年7—11月(北方雨季条件下123天)的观测数据,并辅以同期的人工观测作为参考标准,将上述两种设备的累积降水量、起止时间、粒子采样信息等采集数据进行对比。分析结果表明:LNM激光雨滴谱仪较Parsivel激光雨滴谱仪的反映时间短,总是提早观测到降水现象的发生。Parsivel激光雨滴谱仪粒子等级信息较为丰富,同一降水过程中,Parsivel输出的粒子直径比LNM大。在降水量方面,两台设备与翻斗雨量计的结果基本一致,但累积降水量大于10mm时,LNM累积降水量的输出值明显大于Parsivel。

Parsivel降水粒子谱仪简介及应用

利用地面雨滴谱的连续观测资料，可以分析降水特征和降水的形成机制。对于人工增雨的效果检验工作，雨滴谱资料的分析研究也具有重要的参考价值。目前，山西省人工降雨防雹办公室建设了6300km^2的人工影响天气效果检验示范基地，并且引进了4部德国OTT公司的Parsivel激光降水粒子谱测量系统，分别布设在太谷、汾阳、介休和祁县，这为进行雨滴谱观测研究提供了有利的条件。本文对Parsivel降水粒子谱仪的功能、产品以及在气象领域的应用作简单的介绍，旨在给我们使用此仪器进行降水微结构特征研究提供参考。

Parsivel激光雨滴谱仪与雨量计观测降水的一致性分析

利用南京市气象局在江宁布设的激光雨滴谱仪、称重式雨量计和翻斗式雨量计,整理2014-2018年期间2590h的降水观测资料,重点分析了Parsivel激光雨滴谱仪对降雨和降雪的测量性能。结果表明,与称重式雨量计结果相比,翻斗式雨量计测量的降水时数和累积降水量均偏低,激光雨滴谱仪测量的降雨时数偏低,但累计降水量偏高15.07%;激光雨滴谱仪能够有效跟踪降水强度的变化,但在雨强较小(<2.5mm·h^-1)时对雨强略有低估,在降雨强度较大(≥2.5mm·h^-1)时对雨强有不同程度的高估,最大可达近50%,而且雨强越大,一致性就越差;翻斗式雨量计无法有效测量降雪;激光雨滴谱仪则可以有效跟踪降雪的变化情况,但是受到测量原理的限制,对等效降水强度则有不同程度的高估。从5年数据来看,没有发现随着激光雨滴谱仪安装时间的增长,性能变差的问题。

Parsivel降水粒子谱仪与观测站雨量计的对比分析

本文选取强降雨、一般降雨等几次天气过程,利用统计方法,对架设于南京的五个Parsivel降水粒子谱仪监测的资料和观测站雨量计雨量资料进行对比分析,结果得到:雨滴谱仪的雨量数据在降雨过程中与雨量计相差较小。雨强在10～20mm·h^(-1)之间时,雨滴谱仪的雨量与雨量计相差最大;雨强为0～1mm·h^(-1)和大于20mm·h^(-1)(短时强降雨)、或直径大于2mm时,雨滴谱仪雨量总体上大于雨量计;雨强为1～20mm、或直径小于2mm时雨滴谱仪雨量总体上小于雨量计。

自动激光雨滴谱仪在雷达降水估测中的应用

利用Parsivel激光降水粒子谱与地面雨量计对2008年9月9号山西的一次混合降水天气过程进行分析,根据汾阳、介休两站的雨滴谱资料,利用最小二乘法拟合出反射率因子Z与雨强I的关系Zott=159Iott1.5,利用最优化关系法计算出地面雨量计与雷达反射率因子的关系Zrad=200Irain1.2,WSR_88D中默认的关系ZDef=300I1.4,然后分别利用3种Z-I关系对此次降水过程进行估测,计算过程累计雨量,并将估测降水结果与地面雨量计实测结果进行对比。结果表明:利用雨滴谱关系的估测降水效果最好,利用雨量计关系的估测降水结果次之,默认关系计算结果最差;第一者相对第二者提高4%左右,相对第三者则提高近18%左右。

降水粒子谱仪的光学系统设计及实现

重点讨论了降水粒子谱仪的光学系统的设计方法和实验结果。整个光学系统分为光束整形模块和粒子成像模块,分别介绍了两模块的设计原理和设计结果,以及实验测试结果。激光二极管发出的光束整形为40 mm×3.9 mm、长宽比接近10∶1的长条形光斑,作为粒子照明光束;测量了不同尺度圆形不透明图案的成像,以及轴上及轴外的成像,实现了1/5放大倍数的粒子成像。测量结果与设计结果非常吻合,达到了设计目标,满足了系统测量的功能要求。研究成果为粒子谱仪的技术改进和产品化提供了技术支持。

激光雨滴谱仪降水量反演及误差修正

对激光雨滴谱仪监测的降水粒子粒径、末速度、粒子数等信息进行分析,得到降水粒子的粒径-末速度函数和雨滴谱等关系函数。通过计算得到的降水强度与气象数据对比,得到误差函数;根据误差函数建立降水量反演算法,对降水强度进行修正得到修正后降水强度和降水量,修正后降水量误差减少了10%以上,最后给出降水类型的判断方法.

基于激光雨滴谱仪的一次降水云滴谱特征分析

利用2012年4月30日湖北省发生的一次降水过程中收集到的地面雨滴谱资料,对不同站点对流性降水和层云性降水雨滴谱特征进行分析,并将激光雨滴谱所测降水与自动站雨量计降水进行对比分析。研究表明:不同类型降水粒子平均体积直径、优势直径、中数体积直径差异显著;对流性降水粒子谱为单峰型分布,层状云降水粒子谱为双峰型分布特征;激光雨滴谱仪和自动站雨量计观测到的小时降水量变化趋势基本一致,定量分析发现,激光雨滴谱仪测值相对与雨量计测值存在系统性偏低的情况,且雨强越大,测量偏差越大。

激光雨滴谱仪探测降水与自动气象站观测降水的对比分析

东营市气象局激光雨滴谱仪于2012年投入应用,为评估分析其探测降水量的准确性,选取东营国家级气象观测站2012——2017年间46个月的自动气象站降水资料与激光雨滴谱仪观测资料,共计245个过程降水量、1 302个小时降水量数据,按不同降水量级对两种仪器观测资料进行对比分析,结果表明:1)过程降水小雨量级,激光雨滴谱仪较自动站平均偏多0. 38 mm,降水量越大,差值越大;中雨量级两者差值较小,雨滴谱仪较自动站仅偏多0. 24 mm;大雨量级,雨滴谱仪较自动站降水量明显偏少约2. 8 mm;暴雨时雨滴谱仪较自动站常偏多。2)小时降水Rh<2. 5 mm时,雨滴谱仪较自动站偏多约0. 1 mm; 2. 5 mm≤Rh≤4. 9 mm时,激光雨滴谱仪与自动站降水量平均差值为0. 0 mm; 5. 0 mm≤Rh≤16. 0 mm时,雨滴谱仪较自动站常明显偏少,偏少值约0. 9 mm;16. 0 mm<Rh≤20. 0 mm时,两者降水量较接近; Rh> 20. 0 mm时,雨滴谱仪较自动站可能出现极端偏多、偏少或两者相近情况。3)降雪时雨滴谱仪降雪量常明显偏多。4)雨滴谱仪和自动站过程累积降水量趋势较一致,且雨滴谱仪分钟降水量能较早反映出降水量峰值及降水强度的变化。通过分析可见,雨滴谱仪雨量数据有较好的可靠性,可在辅助降水现象观测与订正、人工影响天气效果评估和短临预报中发挥更大作用。

激光雨滴谱仪及其在淮河流域降水分析中的应用

本文主要论述雨滴谱测量方法,指出初期雨滴谱测量方法存在的不足及Parsivel激光雨滴谱仪测量技术的优点。同时结合众多学者的研究成果及对淮河流域雨滴的观测研究,总结出雨滴谱仪对淮河流域降水分析具有较为重要的意义。

深圳地区Parsivel雨滴谱仪与SL3-1雨量筒对比分析

为深入研究Parsivel激光雨滴谱仪在深圳暴雨多发天气条件下的适应性情况,选取了2015—2016年共2年的降水过程为研究对象,将降水过程按小时最大雨量分为5类:0~10、10~20、20~30、30~40、40~60 mm。分别利用激光雨滴谱仪和SL3-1雨量筒测得的分钟雨量进行一致性对比分析,结果表明:在不同降水量级中,激光雨滴谱仪和雨量筒都有比较好的一致性关系。当分钟雨量较大时(>2 mm),激光雨滴谱仪测得的结果会出现偏大或者偏小的情况,这主要是由于测量原理产生的误差。以上结果表明激光雨滴谱仪是能够适应深圳市暴雨频发的天气条件的。

利用激光雨滴谱仪对一次雨转雪过程分析

不同相态降水粒子的地面雨滴谱具有不同特征。本文利用HSC-PS32激光雨滴谱仪和人工加密观测资料对2014年11月30日发生在沈阳的一次雨转雪天气过程进行了初步的分析,研究了降水相态转换时,其雨滴谱特征的演变。结果表明:受蒙古气旋影响,该过程经历了不同的降水相态,包括雨、雨夹雪和雪。这3种降水相态对应着不同的滴谱特征。具体表现为降雨阶段,粒径小、谱宽较小;雨夹雪阶段,谱宽增大;而降雪阶段,粒子直径大、维持较宽谱宽。不同降水相态的平均雨滴谱相对较近,经历了单峰到波动的演化过程。从波峰对应的粒子直径的角度来看,雨小于雨夹雪,雨夹雪小于雪。降雨阶段粒子数浓度最大,降雪阶段粒子谱宽最大。

陕西渭北一次降雹过程的粒子谱特征分析

冰雹的大小、浓度和末速度等特征参量对冰雹云及人工防雹研究至关重要。基于Parsivel激光降水粒子谱仪观测的2013年5月22日陕西渭北一次降雹过程的资料,结合雷达反射率回波和自动站分钟降水量,分析了降雹过程中的雨强、雨量、最大冰雹直径、数浓度、谱分布及冰雹末速度等物理量随时间的演变。结果表明:(1)计算了降雹过程的平均粒子谱分布,并使用M-P分布对雨滴和冰雹分段进行了拟合。直径0. 3～4. 75 mm的雨滴谱拟合相关系数为0. 95,直径5. 5～11 mm的冰雹谱拟合相关系数为0. 99;(2)冰雹数浓度占总降水粒子数浓度的0. 3%,而冰雹对总降水量的贡献为37%;(3)降雹过程中,雨滴和冰雹数浓度同时增加或减小,冰雹分钟数浓度最大为5 m^(-3),雨滴分钟数浓度最大为1 423 m^(-3)。(4)国内首次现场观测了冰雹的末速度,使用实测值拟合得到了平均冰雹末速度与冰雹直径的经验公式,经验公式计算的冰雹末速度平均相对误差为2. 8%。

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。

用CR-39固体径迹探测器测量激光加速产生的100keV以下的质子能谱

本文通过实验验证CR-39临界角是其不能探测到100keV以下质子能谱的原因。并据此改进探测方案,利用CR-39和Thomson谱仪测得超强激光与5μm厚Al靶作用产生的100keV以下的质子能谱。探讨了利用单粒子模拟法处理Thomson谱仪的数据,该方法规避了谱仪中磁场边缘场对测量的影响,提高了谱仪测量精度。