【摘要】：云降水系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展的動力、熱力過程及內(nèi)部的微物理特征是云物理研究的重點,其中,大氣垂直運動和雨滴譜分布是人們重點獲取云降水的微物理參量之一。中國氣象科學(xué)研究院2016年于廣東省龍門縣觀測站進(jìn)行“華南季風(fēng)云-降水試驗”,垂直觀測的Ka波段毫米波雷達(dá)作為云降水動力過程和微物理量的有效探測手段,參與本次實驗的連續(xù)觀測,本文據(jù)此開展了云內(nèi)大氣垂直速度和雨滴譜的反演研究。首先,進(jìn)行一次層狀云降水過程的大氣垂直速度和雨滴譜反演的試驗,并與地面激光雨滴譜儀和微降水雷達(dá)的測量雨滴譜結(jié)果進(jìn)行對比分析。采用小粒子示蹤法從功率譜密度中反演大氣垂直速度以得到靜止空氣條件下的功率譜密度,進(jìn)而利用粒子下落末速度-粒子直徑關(guān)系反演出雨滴譜,最后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的Gamma分布擬合。研究表明:1)云降水從零度層到地面1 km,主要由下沉氣流主導(dǎo),近地面大氣浮游粒子和直流干擾造成的晴空雜波會影響雷達(dá)的功率譜分布;受動態(tài)范圍限制,回波強(qiáng)度過飽和現(xiàn)象會影響近地面大氣垂直速度的反演結(jié)果;2)毫米波雷達(dá)CR、微雨雷達(dá)MRR和地面雨滴譜儀測量回波強(qiáng)度存在一定差異,MRR相較于CR與地面雨滴譜儀測量偏差較小;在穩(wěn)定降水時CR和MRR功率譜密度對比較為一致;3)CR和MRR反演雨滴譜對比實驗中,雨滴譜反演對大氣垂直速度十分敏感,大氣垂直速度的變化,會使CR反演雨滴譜隨著高度增加數(shù)濃度量級變大、粒子平均半徑變小。CR反演的雨滴譜與MRR反演結(jié)果基本一致,驗證了CR功率譜反演雨滴譜方法的可靠性;4)CR與地面雨滴譜儀雨滴譜擬合參數(shù)的對比表明,CR大氣垂直反演的雨滴譜與地面雨滴譜相比粒子平均直徑Dm較小,數(shù)濃度則較為一致。此外,運用2016年5月6日“華南季風(fēng)云-降水試驗”中Ka波段毫米波雷達(dá)的基數(shù)據(jù)和功率譜數(shù)據(jù)進(jìn)行一次颮線過境的對流云降水個例的分析,并運用廣東省廣州雷達(dá)站的S波段雙偏振雷達(dá)(簡稱SA雷達(dá))為探測結(jié)果提供參照。根據(jù)SA的PPI圖和CR的時間-高度演變圖獲得颮線過境過程。個例分析的主要結(jié)論如下:1)在18:00-18:30的颮線強(qiáng)對流云區(qū),SA觀測的回波強(qiáng)度、差分反射率因子、差分相移率的值表征在颮線對流區(qū)存在著較大的雨滴、強(qiáng)烈的降水。颮線主體的對流云區(qū)和層狀云區(qū),在零度層高度附近可能存在冰晶粒子或是冰雹的融化物;2)CR反演的大氣垂直速度和雨滴譜中,颮線強(qiáng)對流區(qū)過境時,0-4km皆出現(xiàn)明顯的達(dá)到4-5m/s的強(qiáng)上升速度,隨著颮線逐漸轉(zhuǎn)化為層狀云區(qū),上升速度逐漸微弱。16:04時刻的較大上升速度可能觸發(fā)了16:50時刻較強(qiáng)的垂直對流。零度層以下的雨滴大小在1-4mm之間,高空雨滴較小,隨著高度降低雨滴增大;3)比較SA和CR回波強(qiáng)度的偏差,兩部雷達(dá)回波范圍不同,CR在強(qiáng)對流部分由于強(qiáng)衰減,高空部分回波觀測不到。定量比較中,CR和SA回波強(qiáng)度主要集中在12-24 dBZ,集中高度在8-10km,SA整體回波強(qiáng)度數(shù)值較大,數(shù)值分布集中;SA的平均回波強(qiáng)度在各個高度上均大于CR,隨著高度增加回波相差減小,8.41km的平均偏差約為3.45dBZ,10.66km的平均偏差約為1.75dBZ;在3km處,CR和SA反演粒子平均直徑的大小和變化趨勢類似,粒子大小基本分布在0.8-2.0mm之間。
【圖文】：

15圖 4-1 2016 年 6 月 4 日 16:51 分不同高度的功率譜密度數(shù)據(jù)(單位：dB)：(a) SNRmin 閾值限制前、(b)SNRmin 閾值限制后

圖 4-2 2016 年 6 月 4 日 16:07-17:21 各物理量時間-高度演變圖:(a)衰減訂正后回波強(qiáng)度、(b)衰減訂正前回波強(qiáng)度、(c)雷達(dá)觀測徑向速度、(d)反演大氣垂直速度4.2.2 大氣垂直速度反演結(jié)果影響主要因素
【學(xué)位授予單位】：中國氣象科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P407

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