南京地区雨滴谱特性及其在天气雷达中的应用

发布时间：2020-05-14 05:04

【摘要】：雨滴谱(DSD)包含了降雨的丰富信息,不仅能反映雨滴群的微物理特性,也能反映降雨类型、降雨强度等宏观特性,并且在雷达气象领域也有重要的应用价值。本文利用南京信息工程大学探测基地Parsivel激光雨滴谱仪2015-2016年的观测资料,对筛选后的32次降雨过程的雨滴谱数据进行了处理,详细统计和分析了多种雨滴谱参数,拟合了层状云降雨、积雨云降雨以及积层混合云降雨的雨滴谱Gamma分布参数。此外,基于雨滴谱数据拟合了下落末速度V与雨滴直径D、雷达反射率因子Z与降雨强度R的关系,计算了双偏振参数和衰减参数,并利用衰减参数进行了C波段雷达回波的衰减订正试验。首先,对雨滴谱资料进行筛选和处理。结果表明,相较于未处理的雨滴谱数据,质量控制后的数据计算的降雨物理量更加接近雨滴谱仪的输出值。降雨强度越大,两者的差别越明显。其次,统计分析不同降雨类型中微物理量、雨滴谱分布的一般特征和起伏特性,拟合V-D、Z-R关系。总体而言,层状云和积层混合云降雨中1～3mm的雨滴、积雨云降雨中大于3mm的大雨滴对雷达反射率因子的贡献最大。降雨中雨强稳定或变大时,雨滴谱多呈多峰型分布,反之,多呈单峰型分布。层状云、积层混合云和积雨云降雨中μ-λ拟合曲线逐渐抬升,说明这一关系在特定降雨中更为适用。拟合得出适合南京地区三类降雨的V-D、Z-R关系。最后,基于雨滴谱数据计算双偏振参数以及衰减参数,并进行C波段雷达回波的衰减订正试验。结果表明,降雨强度越大,雷达回波低估现象越明显。衰减参数AH和ADP多斜率的原因是雨滴尺度的不同。衰减订正体现了雨滴谱资料在天气雷达中的应用价值。
【图文】：

实物,激光,雨滴,采样空间

度Ｒ）时往往代入Ｖ－Ｄ经验关系计算雨滴下落末速度，造成误差的同时还忽略了雨滴下逡逑落中经过的碰并、破碎以及变形等物理过程。逡逑本文所用雨滴谱资料来自Ｐａｒｓｉｖｅｌ激光雨滴谱仪（如图２．１所示），相较于上述雨滴逡逑谱测量方法具有以下优势：①采样空间为传感器产生的水平激光束，根据输出电压的衰逡逑减和信号持续时间，计算降水粒子的速度和尺度；②能够自动统计分类，有利于后期数逡逑据处理及寻找规律；③提供了完整的数据和图像记录，显示对应降水类型，在恶劣天气逡逑中仍有很好的表现［５４】；④独特的表面设计可以缓冲打在仪器上的雨滴，避免雨滴因碰撞逡逑破碎而溅落在采样空间里。逡逑N：…逡逑ｙＨｌｉ邋＾逡逑图２．１邋Ｐａｒｓｉｖｅｌ激光雨滴谱仪实物图逡逑２．１邋Ｐａｒｓｉｖｅｌ激光雨滴谱仪介绍逡逑Ｐａｒｓｉｖｅｌ激光雨滴谱仪由德国ＯＴＴ公司生产，，采样空间为传感器产生的水平激光束，逡逑当粒子（无论液态还是固态）经过激光束时，记录粒子遮挡导致的输出电压衰减量和信逡逑号持续时间，据此计算粒子的尺度和速度。Ｐａｒｓｉｖｅｌ配套应用软件ＡＳＤＯ负责接收、处逡逑理和存储由仪器传输至计算机的原始数据

三维显示,二维,界面,软件

以图像方式显示速度谱、尺度谱和自动识别的天气码，实时显示并记录时间、瞬时逡逑雨强、累计降水量、雷达反射率因子和能见度［５５］。仪器的主要性能参数和配套软件显示逡逑界面分别如表２．１、图２．２所示。逡逑表２．１邋Ｐａｒｓｉｖｅｌ主要技术参数逡逑主要参最逦参数值逡逑中心波Ｋ／ｎｍ逦６５０逡逑输出功．宇－／ｍＷ逦３逡逑懫样区域尺寸ＷｘＤ／ｍｍ逦１８０＾３０逡逑采样Ｋ域面积／ｃｍ２逦５４逡逑降水强度测最范Ｗ／（ｍｍ／ｈ）逦０．００１－１２００逡逑粒子尺度测最范Ｗ／ｍｍ逦０．２－２５逡逑粒子降落速度测最范Ｍ／（ｍ／ｓ）逦０．２－２０逡逑能见度测最范Ｍ／ｍ逦１００－５０００逡逑尺度分级逦３２逡逑速度分级逦３２逡逑系统Ｔ作屯压／Ｖ逦ＤＣ邋１０－３０逡逑ｉｌ＇算显示软件逦ＡＳＤＯＶ１．Ｉ逡逑？＊＞ａ＞逦ｓｗｓ－逦？＊？？？逡逑＊＊逦？＊．逦ｋ？逡逑ａ邋？逦．逦■”邋ｊ睚，ｗ邋－逦？ｉ逦篇？国｜务逡逑Ｉ逦＊ｉ＊＊？邋？＊？？逦Ｉ逦＊？＊＊＞？邋ｈ？？逡逑｜＾ｒ逦■N：巧逦ｒ逡逑：遍！．…逦ｒ：逡逑Ｉ邋：；Ｓ：Ｕ．逦＾逦ｉ邋ｆ邋．邋＊邋＇Ｉ逡逑ｎ，：邋ｒ邋．．邋Ｉ邋：逦＾邋ｒ邋ｉ＾ｒｎｎ邋ｒ逦Ｉ＊逡逑？Ｖ－逦ｒ逦．，．逦－逡逑，ｍ？ｍ逦ｗ逦”邋！逦？？；逦．ｍ邋｜邋Ｓｍｈ逦＿逡逑＇ｔｎｔｒ逦娗逦＇ｆ：‘．邋．．逦ｗ＊？s{－挪似逦二逡逑ｉｒ＞逦？？邋／邋＇＇邋＇逦；邋■邋．逦．逦：逦，逦；逦．邋？邋ｎｗｕｉ逦ｗ逦？逡逑ＷＭＭ？Ｍ逦ＩＩ００逦
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P412.25

【参考文献】