北京低边界层雨滴谱的垂直分布特征

基于安装在气象铁塔不同高度的3台Parsivel激光雨滴谱仪,研究2020年6—8月北京地区31次降雨过程低边界层的雨滴谱垂直分布特征及其对雷达测量降雨的影响。结果表明,在雨滴从280 m下落到140 m的过程中,雨滴破碎占据主导地位,大尺度雨滴减少,小尺度雨滴大量增加;从140 m下落到地面的过程中,雨滴合并占据主导地位,大尺度和小尺度雨滴均减少,中等尺度雨滴增加;对流型降雨中,随着高度降低,大尺度雨滴迅速减少,雨滴破碎对雨滴谱分布的影响较大。北京地区对流型降雨的雨滴谱特征介于海洋型与大陆型之间。由于雨滴谱的分布随高度变化,不同降雨特征量也随高度发生非线性变化,因此使用地面的降雨测量结果对气象雷达进行校准以及联合反演降雨会产生Z-R错配误差,这种误差在稳定型降雨和弱降雨中更显著。

不稳定平台OTT-Parsivel雨滴谱仪测量速度订正

针对高架环境中OTT-Parsivel雨滴谱仪测量结果受环境气流影响易出现误差的问题,开展不稳定平台的OTT-Parsivel激光雨滴谱仪探测试验,提出在不同水平风速环境下的质量控制方法,给出测量速度订正模型,并对其进行仿真实验和误差分析。基于2020年北京夏季降水过程,利用280 m高处OTT-Parsivel激光雨滴谱仪、三维超声风温仪和动态倾角传感器的测量数据,对多次降水个例进行分析。结果表明,提出的模型对雨滴的垂直下落速度有良好的订正效果,各尺度通道速度分布更趋于正态分布,有效粒子数可提高6%。在缺少倾角测量的情形下,利用超声风温仪风速数据估计缺失的倾角数据,估算的倾角值与实测值的一致率可达96.43%。在水平风速超过8 m/s的大风情况下,OTT-Parsivel雨滴谱仪测量数据的可用性得到提高。

环境风对光学雨滴谱仪探测的影响

为了研究环境风影响下激光雨滴谱仪探测数据的应用,基于北京2018年6—8月的多次降水过程,对比架设于不同高度的OTT-Parsivel激光雨滴谱仪和超声风温仪的探测结果,分析环境中不同强度的水平和垂直风对雨滴谱仪观测的影响。结果表明,水平风速小于10 m/s且垂直风速大于0.4 m/s时,利用OTT-Parsivel观测的速度谱估计垂直风速,80%以上的估计值与超声风温仪观测值一致;对雨滴垂直速度的修正会使计算得出的直径1 mm左右的雨滴数浓度发生显著变化,进而影响雨滴谱衍生物理量;借助定义的样本速度谱平均标准差和异常雨滴比例两个特征参数,可以识别80%水平风速大于10 m/s的样本。

气压脉动仪及湍流大气中的气压脉动频谱特征研究

基于自制气压脉动仪在内蒙古科尔沁地区大气边界层与大气环境综合实验站2019年夏季的观测资料,计算气压脉动特征参数,分析气压频谱及气压标准差特征。结果表明,自制气压脉动仪能够反映气压的快速变化,频率响应接近1 Hz;气压脉动方差谱曲线在0.0006~0.5 Hz的频率范围内满足n-2标度率,峰值频率低于风速和温度;不同稳定层结条件下的气压脉动归一化方差谱在高频区合并为一条曲线,在低频区根据大气稳定度排列;气压涨落对湍流能量的贡献主要体现在较大尺度上,风速和温度主要体现在较小尺度上;气压标准差和气压脉动强度存在明显的白天强、夜晚弱的日变化特征。