中国东部地区夏季降水雨滴谱特征分析

发布时间：2020-07-28 22:58

【摘要】：雨滴谱(DSD)分布特征是降水微物理的基本特性,因此充分认识DSD特征变化对于理解降水微物理过程、提高雷达定量降水估计、改进模式微物理参数化和提高其预报均具有重要的作用。本研究基于国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“突发性强对流天气演变机理和监测预报技术研究”(OPACC)2014-2015年外场试验中江宁超级观测站收集的多种雨滴谱探测仪器(2DVD、MRR、OTT-1和OTT-2)的观测资料,定量评估了不同雨滴谱仪器的探测精度,并对比分析了仪器探测性能对DSD导出量、导出关系和模式微物理过程的影响。在此基础上,利用高精度的2DVD和MRR探测资料,揭示了中国东部地区降水DSD的统计特征及不同降水系统下雨滴谱特征差异。首先,定量对比分析了不同雨滴谱的DSD、降水量和雨滴下落速度测量差异。总体而言,2DVD对DSD和雨滴降落末速度测量精度最高。对于中等大小的粒子(1-4 mm)探测,各类雨滴谱仪器均具有较好的一致性。OTT雨滴谱仪低估小粒子( 1mm)、高估大粒子(4mm)。OTT-1速度测量误差最大,OTT-2在小粒子和大粒子端均有较大提高。同OTT和2DVD相比,MRR能观测雨滴谱的垂直结构,其最低层观测(MRR-200m)低估大粒子直径而高估小粒子浓度。由于OTT仪器探测原理和精度的问题而丢失大量小粒子,会导致DSD导出量、导出关系和模式微物理参量均出现较大的差异。其次,结合2DVD和MRR探测,识别并分析层云、对流和浅层三类降水的DSD统计特征和差异。结果显示,夏季降水中,层云降水过程发生频次高,浅层降水频次最低,但对流性降水贡献更大。浅层降水中没有冰相过程的存在,导致降落至地面的雨滴平均(和最大)直径偏小,其雨滴浓度介于层云和对流性降水之间。对流性降水雨滴浓度(粒径)比相同气候区(如日本)更大(更小),这可能与环境高湿度和局地气溶胶浓度有关。在夏季梅雨前、中、后三个时期,不同类型降水的频次发生存在差异,但同类型降水的DSD变化很小。以此为基础,建立适用于中国东部地区三类降水特征的双偏振雷达定量降水估计关系,提高雷达定量降水精度。最后,分别选取了梅雨锋雨带、登陆台风雨带和飑线系统个例,对比不同降水系统雷达回波和DSD的时间演变特征。结果显示,台风雨带和梅雨锋雨带主要由更高浓度的小粒子组成。飑线的DSD分布较广,其对流中心表现出“大陆性”对流的特征,同时层云降水区还出现少数由大的冰粒子融化产生的大雨滴。不同降水系统雨滴形状差异较大,中国东部地区登陆台风雨带中的雨滴比其它地区(如台湾)的台风雨带更趋于圆形。雨滴形状的差异会造成雨滴后向散射的差异,将导致反演DSD出现较大的偏差。以台风降水为例,相同的雷达观测下,新的拟合关系比Brandes (Chang)关系得到的雨滴质量加权平均粒径Dm更大而标准化截距参数Nw偏小。相同DSD观测下,两者反射率因子ZH反演的差异很小,但差分反射率因子ZDR在强降水中最大偏差可达0.94(0.25)dB。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P426.6

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本文编号：2773554