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。

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。

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。

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。

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。

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。

大气垂直运动对雷达估测降水的影响

运用雷达反射率因子(Z)与降水强度(R)之间的关系定量估测降水,降水云体中的大气垂直运动(w_a)不可忽视。PARSIVEL激光雨滴谱仪(简称PARSIVEL)在获取雨滴粒径分布的同时可以从测量的雨滴下降速度分布中提取w_a,用于分析PARSIVEL高度上的大气垂直运动对雷达Z估测降水强度影响。使用2014年5-6月华南季风降水观测试验期间广东阳江5次层状云、6次对流性降水过程中PARSIVEL数据分析大气垂直运动对定量估测降水影响,w_a对层状云和对流云降水强度影响范围分别为-0.18~1.05 mm·h^(-1)和-5.44~24.81 mm·h^(-1),相对影响值分别为-13.61%~13.99%~38.59%~25.92%。静止大气条件下,雷达估算降水Z-R关系式中系数A,b引起的层状云和对流云降水估测偏差平均分别为10.9%和25.5%。真实大气中雷达估测降水的偏差平均情况是层状云降水由于w_a的对消作用降低为9.2%,对流云降水则增加到51.2%。对流性降水中大气垂直运动对雷达估测降水的影响较大。

降水性层状云微物理结构个例分析

对 2 0 0 0年 4月 1 4日河南省一次降水性层状云系进行了飞机探测。利用探测所取得的微物理资料 ,配合同期的天气、卫星、雷达等资料对云的微物理特征进行了分析 ,讨论了云中液态水含量。

2015年春季山东一场转折性降水微物理特征分析

利用山东济南章丘站L波段探空秒数据和激光雨滴谱仪资料,对2015年3月31日—4月2日山东一次受低槽冷锋、切变线和江淮气旋共同影响而造成的大范围春季转折性降水天气过程的云系垂直结构演变以及不同天气系统下降水云微物理特征进行对比分析。结果表明:(1)降水前期,云系表现为"上层云—干层—下层云"2层云结构;随后降水持续期,逐渐演变为中、低云垂直发展旺盛的云系;降水末期,云顶高度下降,云体再次分离成较弱的2层云结构,中间有深厚的干层时,降水结束;(2)低槽冷锋降水雨滴谱最窄,江淮气旋降水雨滴谱最宽;(3)降水强度与雨滴谱各特征参量均具有较好的正相关性,但不同天气系统影响下其相关性有差异;(4)雨滴落速主要集中在2~4 m·s^(-1)之间,这与雨滴下落末速度理论值基本相符。

基于光阻原理的降水现象测量系统研制

降水是气象观测的常规项目,是研究全球水热循环和气候变化的重要参数。实现降水现象自动观测是我国气象探测领域未来发展规划的一项重要内容。介绍了一种基于光阻原理的降水现象测量系统,设计了激光对射式光学测量结构,实现对降水粒子遮光信号的精确捕获;研制了基于相关原理的微弱信号检测系统,保证粒子速度、粒径等信息的准确测量;在数据信号处理上,采用数据平滑算法降低了系统噪声。研制的系统能够准确完成雨滴谱分布、降水量、降水类型的测量,并且与国外同类仪器进行了观测比对,数据具有较好的一致性,能满足对降水现象自动观测的要求。

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。