雨滴谱数据在S波段双偏振天气雷达数据质量评估中的应用

结合T-Matrix方法和雨滴谱仪数据反演双偏振参量,设计了一种雨滴谱反演评估方法(雨滴谱法),利用其反演结果可对双偏振天气雷达数据进行评估。将此方法应用于不同类型降水过程的雷达偏振参量数据质量评估,结果表明:满足微雨条件时,雨滴谱法与传统的微雨滴法均能有效监测由雷达系统误差导致的观测偏差,且评估结果十分接近;不满足微雨条件时,雨滴谱法评估的不同类型降水过程的雷达数据质量与满足微雨条件下的评估结果十分接近,客观证明了系统调整后雷达运行良好、数据质量稳定;不同雨强(R)情况下,雨滴谱法的评估结果具有一致性。10 mm·h^(-1)≤R<20 mm·h^(-1)时,雷达观测的数据质量最为稳定。该雨滴谱法适用范围广,可动态评估双偏振雷达偏振参量质量,有助于雷达调整和数据校正。

多源地基遥感资料在郑州强飑线天气预警中的应用

基于风廓线雷达、毫米波云雷达、微波辐射计、雨滴谱等地基遥感探测资料和常规探测资料,研究多源探测资料在郑州强飑线天气预警中的应用.结果表明:①风廓线雷达资料精细地呈现了飑线过程中冷暖平流及垂直风切变的演变,特别是监测到飑线形成前1 h对流层中低层西南急流形成并增厚,深层垂直风切变增强,利于飑线的形成和组织化.②毫米波云雷达产品显示,随着飑线系统移近,云系增多增厚并向下、向上扩展,云中的含水量增大,强反射率因子接地指示降水产生.③微波辐射计反演的温度、湿度及大气不稳定指数在对流发生前后变化特征显著,在飑线临近预警中有一定的参考价值.④雨滴谱数据显示直径2 mm以下的雨滴是此次飑线降水的主要贡献者.

祁连山北坡一次秋季对流性降水雨滴谱特征分析

利用Parsivel2激光雨滴谱仪观测数据,分析了祁连山北坡2020年9月21日发生的一次对流性降水天气的雨滴谱特征。结果表明:雨水含量W和降水强度R的时间演变一致,各站点雨滴数浓度N(D)最大时对应雨滴直径D均<1 mm,出现在层状云降水期间。在对流云雨增强至最大阶段,雨滴直径D迅速增大,各站点最大雨滴直径D在2.75~3.75 mm之间。高海拔站总数浓度NT平均值大于低海拔站,低海拔站质量加权平均直径D_(m)平均值大于高海拔站。对流云降水D_(m)显著大于层状云降水且分布相对集中,层状云降水D_(m)分布有更大谱宽。对流云降水logNw分布相对集中,层状云降水logNw分布有更大谱宽。Gamma函数能较好拟合祁连山区对流云和层状云降水平均谱。对流云、层状云μ-λ有很好的拟合关系。D_(m)-R拟合系数和指数均为正数,D_(m)随R增强而增大,并在雨强达到一定值后变化有变缓的趋势。层状云降水logNw随R增强变化较快,对流云降水logNw随R增大缓慢。业务雷达默认使用的夏季对流云降水和经典大陆性层状云降水Z-R关系对祁连山区对流云、层状云降水估测值偏低。

泰山一次强雹暴微物理特征双偏振雷达和雨滴谱观测分析

为了研究雹暴的微物理特征,利用双偏振雷达和雨滴谱仪探测资料,结合粒子相态分类算法,对2020年6月1日发生在泰山的一次降雹天气进行了分析,获得了雹暴云影响泰山站时附近区域雷达参量、水凝物粒子、降水粒子谱分布特征。研究表明:雹暴云前缘开始影响泰山站时,反射率因子(ZH)梯度大值区紧邻泰山站,与差分反射率(ZDR)弧位置大致重合,此处主要为大滴粒子,由上空霰粒子融化形成;雨滴谱为双峰结构,对降水贡献较大的为2~3 mm粒子。当雹暴云主体影响泰山站时,其前侧径向出现三体散射,上空出现悬垂回波,泰山站附近区域主要识别为雹粒子;泰山站南侧出现有界弱回波,该处辐合升运动增强,被ZDR大值半环绕,主要分布大滴与雹粒子,夹杂霰与湿雪粒子;归一化等高频率(CFAD)显示冰相过程增强;-10℃层以下雹粒子主要由-10~0℃层的霰粒子凇附上升气流携带的大滴与中小雨粒子形成,这些粒子无法下落碰并形成尺寸较大的降水粒子,雨滴谱变为单峰结构,对降水贡献最大的为14~16 mm粒子。雹暴云主体离开泰山站,CFAD显示冰相过程减弱,冰晶凇附过冷云滴转化成霰的效率降低,泰山站上空识别出大量的冰晶与干雪粒子,出现层状云降水特征;雨滴谱再次变为双峰结构,第二峰值为2~3 mm粒子,对降水贡献最大。

六盘山雨滴谱降水数据的Z-R关系研究

利用2021年5—10月六盘山站观测的分钟雨滴谱数据,结合六盘山自动气象站观测资料,选择46次降水过程,对六盘山气象站降水的雨滴谱分布、物理特征及雷达反射率因子Z和降水强度R的关系进行分析研究,拟合得到适用于六盘山站降水过程的Z-R关系。结果表明:Z=175R1.6关系式可以较好地描述六盘山站降水情况,降水强度随着雷达反射率因子增大而增大;当降水强度增大时,估测降水量的误差会随之偏大。利用Z=175R1.6估算的六盘山站的降水量接近自动气象站实测降水量,二者相关性较高。

2019—2020年肇庆地区暴雨雨滴谱特征分析

基于广东省肇庆地区2019—2020年5个国家气象观测站DSG5型降水天气现象仪观测的雨滴谱资料,将该时段内依据天气条件划分的3种类型暴雨过程的微物理特征进行分析,结果表明:利用DSG5型降水天气现象仪和SL3-1型雨量传感器测得的过程雨量有较好的一致性关系,3种类型共8次暴雨过程雨量中,DSG5型降水天气现象仪测得的累计雨量比国家站SL3-1型雨量传感器实测累计雨量偏小;在小时雨量对比中,当降雨量较小时,偶有少部分时段会出现SL3-1型雨量传感器测得的小时雨量略偏大;从雨滴谱5种特征直径上分析,3种类型暴雨过程雨滴粒子算术平均直径、峰值直径、粒子直径中值、粒子最大直径和质量加权平均直径均值以热带气旋型暴雨最小,粒子中值直径、峰值直径和质量加权平均直径均以西风带型暴雨最大,西南季风型次之,热带气旋型最小。肇庆地区暴雨过程中主要以直径D<1.0 mm的小雨滴居多,在雨强贡献方面1.0 mm≤D<3.0 mm时,雨强对总雨强的贡献最大,贡献率高达83.89%,但粒子数浓度占比只有37.48%;速度谱上3种类型暴雨过程中雨滴下落速度和直径的频率散点分布较符合经验曲线。

青海东北部一次典型冰雹过程的观测分析

青海东北部是青海省主要的农作物生产区、也是冰雹高发区和灾害影响的高风险区,冰雹预报预警和人工防雹作业是降低冰雹灾害的重要手段,掌握冰雹发生时各监测资料的变化特征是提高冰雹预报能力、尽早开展人工防雹作业的前提。2021年6月29日青海东北部出现了一次大范围的冰雹天气过程,利用多普勒天气雷达、雨滴谱资料,结合高空和地面常规气象资料,对此次冰雹天气过程进行了分析。结果表明:青海东北部地区高空有冷平流输送,地面增温明显,导致层结不稳定,是产生此次冰雹的天气背景。平安地区降雹阶段平均雨滴谱和速度谱均呈多峰分布,人工观测的平安冰雹最大直径和雨滴谱仪观测的相差不大,说明雨滴谱仪能很好的观测到冰雹粒子,并且能确定最大冰雹出现的时间。雹云发展大致经历了发生、跃增、降雹和消亡等阶段,降雹前低层雷达反射率因子出现明显的“V”字型入流缺口;雹云成熟阶段具有明显的有界弱回波区结构,中低层有明显的偏南气流入流,且此时径向速度图上雹云有明显的“0线”,“0线”垂直向上,穿过悬垂回波和有界弱回波区域上部,指向冰雹云顶。此次冰雹个例的分析,对青海东北部冰雹预报具有重要的指导意义,冰雹发生前各要素变化特征是后期科学指导防雹作业点适时、适量开展人工防雹作业的重要判据。

2024年2月我国两次大范围雨雪冰冻天气对比

2024年1月31日—2月7日(过程Ⅰ)和2月19—25日(过程Ⅱ)我国中东部地区先后出现两次大范围、持续性的雨雪冰冻天气过程,利用地面观测、再分析资料、双偏振雷达、雨滴谱等分析两次过程的雨雪冰冻实况、微物理特征、环流形势和层结特征,并对比二者异同。结果表明:两次过程的影响区域、持续时间和总降水量接近,但过程Ⅰ积冰更厚、积雪更深,过程Ⅱ影响范围更广、降雪量更大。过程Ⅰ降水粒子从上到下呈3层结构特征,即冰晶层-融化层-液态层,过程Ⅱ呈4层结构特征,即冰晶层-融化层-液态层-再冻结层,导致过程Ⅰ冻雨更明显、积冰更厚,过程Ⅱ冰粒更多、积雪深度较浅、积冰厚度较薄。环流形势和层结特征显示两次过程均为西伯利亚高压和南支系统的协同作用,但过程Ⅱ低层急流强度和地面西伯利亚高压更强,导致过程Ⅱ中层暖层和低层冷层的强度均强于过程Ⅰ,而冷层更强是过程Ⅱ冰粒更明显的直接原因。

南昌市三类降水雨滴谱特征分析

为了更深入了解南昌市三类降水的变化,使用南昌市DSG5型降水现象仪的雨滴谱观测数据,以及自动气象站小时降水、雷达回波等数据,采用雨滴谱数据算法、雷达回波分析和Gamma函数拟合等方法,对2019年49月南昌市雨滴谱观测数据进行分析。结果表明:南昌市降水粒子平均直径为0.5~0.6 mm,积状云降水最大,层状云降水最小;雨强的大小与粒子数浓度和平均直径有关,主要由粒子数浓度决定;积状云降水、层状云降水和层积混合云降水三类降水对应三种回波类型和回波结构;小雨滴占比均超过97%,且无论是雨强还是雨滴数浓度,小于1 mm的雨滴贡献值均最大;三类降水雨滴谱Gamma分布曲线趋势基本一致,其中积状云降水在小雨滴段拟合较好,层状云降水在中间段拟合较好,层积混合降水整条曲线的拟合值与真实值都较为接近,拟合效果最佳。

降水现象仪现场核查方法与应用分析

目前,降水现象仪已在全国2423个国家级气象站完成布设,大大提高了我国地面气象观测自动化水平。在实际应用中,为保证其观测资料的准确性,需定期进行校准或核查工作。本文根据《降水现象仪现场核查方法(试行)》,结合实际工作,对现场核查时的注意事项和出现问题等进行了归纳总结,并对核查装置提出了改进性建议。

长沙地区两次积层混合云降水微物理特征对比与分析

选取2019年5月12-13日、2020年5月14-15日湖南长沙夏季两次积层混合云强降水过程进行对比与分析。首先对降水特征分析,将降雨过程划分为层状云阶段和对流云阶段,对雨滴谱及雨滴谱特征参数进行对比与分析,并对不同阶段Z-R关系进行拟合计算,结果表明:两次过程不同阶段雨滴谱分布及降水率都不同,层状云降水阶段,降水率小且粒子直径基本不超过3 mm,谱宽较窄;对流云降水阶段,最大瞬时降水率分别高达46.97 mm/h、114.40 mm/h,同时分别观测到5.5 mm、8 mm降水粒子,谱宽较宽;两次过程存在高浓度的小雨滴,其直径主要在1.0 mm左右,降水粒子数在500左右及以下居多,降水粒子数的突然增大会导致短时强降雨出现;对两次过程不同阶段的Z-R关系(Z=AR^(b))进行估计对比,结果也有差距,同阶段,系数A取值变化范围较大,b取值相近在1~2波动,不同阶段,A和b取值都不一样,但对流云阶段A和b取值更大。

河南干旱年地面雨滴谱特征

采用PMS公司生产的GBPP 1 0 0型地面雨滴谱仪 ,对河南省唐河地区 1 7次降水过程进行了连续观测 ,其中层状云降水 1 4次 ,积云降水 3次。 1 7次降水量都很小 ,5次有降水而无量 ,8、9月总降水量分别为 8.3mm和 31 .3mm ,占常年降水量的 1 5.6 % ,属特别干旱的季节 ,该文利用观测获得的 1 392 8个样本 ,分析了干旱年降水的微结构特征。

山东三类降水云雨滴谱分布特征的观测研究

利用激光雨滴谱仪2009年8月-2010年10月观测获取的滴谱资料，分析了山东省三类云降水雨滴微结构参量特征及滴谱随降水过程的演变特征。按照降水云系不同分别对各微物理参量进行比较，结果表明，各值由大到小排序依次均为积雨云、混合云和层状云。三类云降水过程中雨强与雨滴数浓度和最大直径间存在较好的相关关系；层状云和混合云降水以直径小于2mm的雨滴为主，而积雨云降水以1～3mm的雨滴对雨强贡献最大。层状云降水雨滴谱很窄，呈单峰或双峰型；积雨云降水雨滴谱宽，在大滴端呈多峰结构；混合云降水谱宽介于前两者之间。另外，统计得到该地区三类云降水的Z_，关系式，为雷达定量测量降水提供了一定的参考。

青海门源雨滴谱特征及降水机制的初步分析

利用青海省门源地区2个测站观测的雨滴谱资料,分析了降水雨滴谱微结构参量平均值随降水过程的变化和3种常见降水类型中雨滴谱微结构参量随时间的变化特征,以及雨滴谱型随降水的变化。根据微结构参量和雨滴谱型的变化,结合卫星资料和其他观测资料对三种降水类型降水的形成机制进行了初步研究。

雨滴谱谱形参数对梅雨降水模拟能力的影响

实际观测表明雨滴谱的谱形参数(μ_r)具有显著的时空分布特征,而微物理参数化方案中往往将其设定为常数。基于WRF 3.5.1模式中的Milbrandt 2-mon(MY)双参数方案,针对四次典型的江淮梅雨降水过程,利用江淮梅雨的实际雨滴谱观测资料结果,分析MY方案中诊断雨滴谱谱形参数的处理方法对梅雨降水模拟效果的影响。结果表明:利用雨滴谱斜率诊断μ_r的处理方式对梅雨降水的系统性偏差有一定的改善能力,对降水落区分布的局地性特征能够发挥一定的修正作用。较强降水对μ_r的完善表现出更显著的改善倾向。耦合经验公式后,μ_r总体增加,对流层中低层的μ_r随降水强度增加而降低。与μ_r直接相关的雨滴质量加权末速度的增加和雨水含水量的减小是改进试验中降水变化的直接原因。环境场的水汽与动力条件的改变是降水变化的重要间接原因,云物质的响应变化以及降水位置强度的宏观特征演变与此密切相关。强弱降水的改善程度的差异主要源于各自物理量场的响应特征的不同。强降水的暖云云物质特征变化趋势虽与弱降水时一致,但变化幅度等差异显著。弱降水时,物理量场对μ_r的响应特征表现出较为一致的变化趋势和一定的线性特征;而强降水条件下,云物理过程以及同环境条件之间的反馈作用更加复杂,冰云和环境场的响应特征往往没有显著规律可循。

基于多种探测资料对武汉一次短时暴雪天气的监测分析

利用Thies Clima激光雨滴谱仪、MP3000A微波辐射仪、多普勒雷达和人工加密观测资料,分析了2011年2月12日武汉一次暴雪天气过程的演变特征。结果表明:(1)在这次短时暴雪过程中,先后出现了降雨、雨夹雪和纯降雪3个阶段,激光雨滴谱仪监测到该降雨阶段的雨滴谱较宽,最大直径达4.5mm,数浓度比较小,为2～5 429个.m-3.mm-1,雨滴谱型呈双峰型分布特点;(2)微波辐射仪对水汽相态监测显示,08:12-09:34(世界时)期间在1.5～3.5km过冷层比湿维持14～16g.kg-1大值区,之后迅速由雨夹雪过程(仅16min)过渡到纯降雪阶段,在65min内武汉站降雪量达到5.035mm,占整个降雪量的80%以上;(3)雷达反射率因子与粒子谱宽和数浓度密切相关,若后两者越大则对应的雷达回波强度也越大;同时还发现,与微波辐射仪反演的水汽密度、激光雨滴谱仪测得的降水强度也有较好的对应关系,若将这些结合起来对降水的相态变化、强度、量级和持续时间有很好的监测能力。

降水对雾中能见度参数化的影响

雾的能见度是雾滴数浓度和含水量的函数,可以利用雾滴数浓度和含水量进行参数化得到能见度拟合值。但是当雾中有降水存在时,降水会影响雾滴数浓度和含水量,进而影响能见度参数化。2009年1月19日至3月5日在湖北恩施雷达站进行了包括雾微物理特征、雨滴谱及雨滴末速度、能见度以及基本气象要素的观测。利用不同的能见度参数化公式得到能见度拟合值,并与实测值进行对比分析,考虑雾中降水影响时的能见度拟合值要比不考虑降水时的能见度偏差大,因此在有降水伴随雾产生时,降水的效应可忽略不计。同时,利用40%的雾滴谱观测数据建立了良好的模型用于拟合当地的能见度,并利用Gultepe公式得到相应的参数,对当地的能见度进行了计算和预报。

2002年秋季河南省层状云降水的雨滴谱特征

采用滤纸色斑法对 2 0 0 2年 1 0月 1 7～ 2 0日河南省层状云降水过程在 6个观测点进行雨滴谱取样 ,获得 2 1 4份雨滴谱资料。分析了此次层状云降水过程中不同地点的雨滴谱分布、微物理参量及其起伏特征 ,发现 :这次降水过程的Z I关系式为Z =2 98 4I0 8,雨滴谱分布基本符合M P分布。

激光信号在雨中的传输衰减

在观测激光信号在雨中传输时,其衰减比率随着雨滴的大小而变化,雨滴越小衰减越大。根据Mie理论和Joss等人雨滴谱分布,分析了粒子尺度及不同波长对激光散射的影响,并且计算了衰减效率因子与粒子尺度的关系,推导了光波在单球粒子和稀疏分布雨中衰减的计算公式,得到了衰减与降雨率之间的确定关系。通过数值计算发现:小雨粒子各个方向的散射光强明显大于大雨粒子的散射光强;前向散射光强随粒子半径的增加,整体呈现增加趋势,并出现了明显的上下震荡;激光信号通过雨介质传输时,小雨衰减系数较大,雷暴雨衰减较小。这解释了在实验中观测到的现象,激光信号在小雨中的衰减要比大雨中的衰减大。

雨滴谱降水现象仪综合测试系统设计

针对目前国内对雨滴谱降水现象自动观测仪常用标定方法存在的问题:只能模拟一种标准的粒子直径和速度;可以测量粒子的直径但是不能准确测量粒子的速度;只能模拟直径较小的粒子;仅能模拟球状降水粒子无法模拟其他形状的降水粒子;无法涵盖各种类型降水的粒子直径和速度等等。根据气象业务需求,本文从模拟降水粒子设计依据、雨滴谱降水现象仪综合测试系统构成、降水粒子直径与下落速度模拟测量方法和测量精度等诸方面详细阐述一种新型的雨滴谱降水现象仪综合测试系统,并通过对涵盖多种类型降水的不同直径和速度的粒子进行模拟试验,检测其测量的精确性,为国内对雨滴谱降水现象自动观测仪的标定和检测提供一定的借鉴和参考。