【摘要】：降水是日常生活中最常見的天氣事件之一,它在水循環(huán)、地氣系統(tǒng)輻射收支等方面都扮演著極其重要的角色,并與區(qū)域和全球的氣候變化有著緊密的聯(lián)系。同時,降水存在著復(fù)雜性,其包含了鋒面降水、對流降水、地形降水、氣旋降水等多種不同類型的降水,各自的熱-動力過程和微物理過程不同。因此,針對不同類型的降水云結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行研究,可以幫助我們更好地認(rèn)識不同類別降水云的形成和發(fā)展過程,為云和降水模式提供參數(shù)化依據(jù),提高降水預(yù)報的準(zhǔn)確性。本文利用2014-2018年共5年的全球測雨衛(wèi)星(GPM)上搭載的雙頻測雨雷達(dá)(DPR)數(shù)據(jù)、向日葵8號(Himawari-8)靜止衛(wèi)星搭載的可見光紅外掃描儀(AHI)數(shù)據(jù)及其它輔助數(shù)據(jù),首先分析了DPR各類2級降水產(chǎn)品的差異和優(yōu)劣性,接著重點研究了喜馬拉雅南坡地形降水、中國東部不同云生命史階段降水、北太平洋風(fēng)暴軸區(qū)域溫帶氣旋降水這3類不同的降水云的水平分布、垂直結(jié)構(gòu)、大氣環(huán)流、日變化等特征。論文主要取得的結(jié)論如下:1.DPR各降水產(chǎn)品差異分析依據(jù)掃描方式和反演方法的區(qū)別,GPM DPR提供了單頻反演產(chǎn)品KaHS、KaMS、KuPR和雙頻反演產(chǎn)品DPR_MS。通過個例和統(tǒng)計分析顯示,KaHS的回波頂高度最高,比KuPR高約0.1 km,其對弱降水(0.5 mm/h)的觀測性能好,但對10 mm/h以上的強降水存在嚴(yán)重低估。KuPR繼承了熱帶測雨衛(wèi)星(TRMM)測雨雷達(dá)(PR)對強降水的觀測性能,但受頻率限制對0.5 mm/h以下的弱降水探測能力有限。KaMS的整體降水強度分布與KaHS類似,但受高回波閾值限制,KaMS漏掉了大量的強降水樣本,對強弱降水的觀測性能均有限,故不適宜單獨使用。DPR_MS的降水反演算法具有獨立性,對強降水和弱降水結(jié)構(gòu)的揭示能力都較強,其雨頂高度主要繼承于KuPR的回波頂高度,并能夠提供雙頻反演的粒子譜(DSD)廓線信息。2.喜馬拉雅南坡地形降水特征在這一部分研究中,我們首先利用GPM DPR數(shù)據(jù)來識別降水系統(tǒng),然后通過ERA-interim的地表風(fēng)數(shù)據(jù)來將降水系統(tǒng)分為5類:上坡類、下坡類、自東的繞流類、自西的繞流類、微風(fēng)類。地表風(fēng)的引入是為了指示喜馬拉雅南坡不同的地形降水作用機制,其有效性在我們的結(jié)果中得到了驗證。通過個例及統(tǒng)計分析,我們的結(jié)果表明,上坡類降水系統(tǒng)由“熱泵效應(yīng)”觸發(fā),其數(shù)量最多,多于下午出現(xiàn)在海拔適中的山坡區(qū)域。下坡類降水系統(tǒng)主要由夜間的山谷風(fēng)所驅(qū)動。它們均勻地分布在整個山坡和山腳區(qū)域,其近地表粒子濃度低、粒子半徑小、降水率小且雨頂高度低。兩種繞流類降水系統(tǒng)主要受喜馬拉雅山脈的物理隔絕作用驅(qū)動,其多于早晨或傍晚處在山坡和山腳的交界處。其中自東的繞流類由于其底層氣體來自水汽充沛的孟加拉灣,其降水率大且雨頂高度高。微風(fēng)類降水系統(tǒng)是由地表感熱作用(或者加熱或者冷卻)導(dǎo)致的,其大多數(shù)于正午或者午夜出現(xiàn)在山坡區(qū)域。它的雨頂高度較高但地表降水率卻相對較小。3.云生命史對中國東部降水影響我們是利用2016年5-9月的GPM DPR數(shù)據(jù)識別了中國東部區(qū)域的降水系統(tǒng)。然后,通過觀測降水事件前后Himawari-8 10.4μm亮溫的變化將降水系統(tǒng)分為三種云生命階段:發(fā)展階段、成熟階段、消散階段。研究表明,不同云生命階段的降水系統(tǒng)具有截然不同的特征,包括降水系統(tǒng)面積、對流比例、雨頂高度、云頂亮溫等。發(fā)展階段降水系統(tǒng)的對流比例最高,而消散階段的降水面積最大。云的生命史同樣影響了降水的垂直結(jié)構(gòu),各階段降水云內(nèi)的微物理特征不同,因此其降水粒子的特征各異。發(fā)展階段降水粒子半徑最大,但分布稀疏;成熟階段降水粒子半徑大、數(shù)濃度高;消散階段降水粒子則半徑小、分布稀疏。我們認(rèn)為不同云生命階段的降水結(jié)構(gòu)特征各異與云內(nèi)的水汽含量和氣體垂直運動有關(guān)。4.風(fēng)暴軸區(qū)域溫帶氣旋降水通過使用GPM DPR和ERA-interim數(shù)據(jù),我們統(tǒng)計研究了北太平洋風(fēng)暴軸區(qū)域溫帶氣旋的降水結(jié)構(gòu)特征。根據(jù)溫帶氣旋所處生命階段的不同,其被分為4類:發(fā)展氣旋、成熟氣旋、消散氣旋和短期氣旋。我們結(jié)果表明各類溫帶氣旋都有著一個“逗號”雨帶,且降水在氣旋中心的東北方向最為頻繁。溫帶氣旋的獨特結(jié)構(gòu)促進(jìn)了氣旋東側(cè)的降水發(fā)展,但卻抑制了其西側(cè)的降水發(fā)展。相較于局地季節(jié)平均,溫帶氣旋東側(cè)的降水有著更大更密的降水粒子、強度更強、雨頂高度更高;而溫帶氣旋西側(cè)的降水則恰好相反。研究認(rèn)為這兩個區(qū)域內(nèi)不同的水汽含量和氣體垂直運動導(dǎo)致了溫帶氣旋對降水截然不同的影響。此外,不同生命階段的溫帶氣旋對降水也有著不同程度的影響:發(fā)展階段影響最強、成熟階段其次、消散階段影響最弱。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P412.2;P426
【圖文】：

源不斷得從海洋向陸地輸送，使得水資源不斷更新，促進(jìn)了區(qū)域間的物質(zhì)能量逡逑交換，在塑造地表形態(tài)多樣性和生物多樣性中起著至關(guān)重要的作用（Ｈｕｎｔｉｎｇｔｏｎ，逡逑２００６；０１＜：丨３１１（１１＾１１３６，２００６）（見圖１．１）。由于降水２？中粒子密集，降水：２３：通常具逡逑有很強的消光性（Ｌｉｕ邋ｅｔ邋ａｌ．，２００８），其通過吸收和反射短波輻射、吸收和發(fā)射長逡逑波福射，對地氣系統(tǒng)的福射收支有著重要影響（Ｒａｍａｎａｔｈａｎ邋ｅｔ邋ａｌ．，１９８９；邋Ｋｉｍ邋ａｎｄ逡逑Ｒａｍａｎａｔｈａｎ，２００８；Ｗｉｌｄｅｔａｌ．，邋２０１３）（見圖１．２）。此外，降水的發(fā)生還伴隨著潛逡逑熱的吸收和釋放，對區(qū)域間以及大氣各層結(jié)的能量輸送也有著至關(guān)重要的影響逡逑（Ｊａｋｏｂ邋ａｎｄ邋Ｓｃｈｕｍａｃｈｅｒ，邋２００８；邋Ｍｉｎ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１３；邋Ｌｉ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１３ａ）。然而，由于降水逡逑云的復(fù)雜性，對于降水云的微物理過程、動力熱力特征、生命歷程等相關(guān)認(rèn)知逡逑仍然不足。采取多個角度對降水云的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究有助于提高這方面的認(rèn)逡逑知，并為云模式乃至降水模式的發(fā)展提供觀測依據(jù)（Ｓａｓｓｅｎ邋ａｎｄ邋Ｗａｎｇ，邋２００８）。逡逑Ｅｖａｐｏｒａｔｏ邐Ｔｂｔｅｌｗｒａｓｔｒａｌ邐Ｗａｔｅｒ邋ｖａｐｏ

源不斷得從海洋向陸地輸送，使得水資源不斷更新，促進(jìn)了區(qū)域間的物質(zhì)能量逡逑交換，在塑造地表形態(tài)多樣性和生物多樣性中起著至關(guān)重要的作用（Ｈｕｎｔｉｎｇｔｏｎ，逡逑２００６；０１＜：丨３１１（１１＾１１３６，２００６）（見圖１．１）。由于降水２？中粒子密集，降水：２３：通常具逡逑有很強的消光性（Ｌｉｕ邋ｅｔ邋ａｌ．，２００８），其通過吸收和反射短波輻射、吸收和發(fā)射長逡逑波福射，對地氣系統(tǒng)的福射收支有著重要影響（Ｒａｍａｎａｔｈａｎ邋ｅｔ邋ａｌ．，１９８９；邋Ｋｉｍ邋ａｎｄ逡逑Ｒａｍａｎａｔｈａｎ，２００８；Ｗｉｌｄｅｔａｌ．，邋２０１３）（見圖１．２）。此外，降水的發(fā)生還伴隨著潛逡逑熱的吸收和釋放，對區(qū)域間以及大氣各層結(jié)的能量輸送也有著至關(guān)重要的影響逡逑（Ｊａｋｏｂ邋ａｎｄ邋Ｓｃｈｕｍａｃｈｅｒ，邋２００８；邋Ｍｉｎ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１３；邋Ｌｉ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１３ａ）。然而，由于降水逡逑云的復(fù)雜性，對于降水云的微物理過程、動力熱力特征、生命歷程等相關(guān)認(rèn)知逡逑仍然不足。采取多個角度對降水云的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究有助于提高這方面的認(rèn)逡逑知，并為云模式乃至降水模式的發(fā)展提供觀測依據(jù)（Ｓａｓｓｅｎ邋ａｎｄ邋Ｗａｎｇ，邋２００８）。逡逑Ｅｖａｐｏｒａｔｏ邐Ｔｂｔｅｌｗｒａｓｔｒａｌ邐Ｗａｔｅｒ邋ｖａｐｏ

邐（３３ｓ，邋３４８１邋＾ｂｉｐ逡逑＾＾ｂｍｋｍ｜逡逑圖１．２全球地氣系統(tǒng)平均輻射收支示意圖，引自Ｗｉｌｄ邋ｅｔａｌ．邋（２０１３）逡逑根據(jù)形成機理的不同，降水可被分為鋒面降水、對流降水、地形降水、氣逡逑旋降水等等。由于這些復(fù)雜的形成機理，不同類別的降水受到不同因素的影響。逡逑例如，云生命史影響著云的電荷、對流比例、面積等特征（Ｔａｋａｈａｓｈｉ，邋１９７５；邋Ｃｈｅｎ，逡逑１９８８；邋Ｍａｔｈｏｎ邋ａｎｄ邋Ｌａｕｒｅｎｔ，邋２００１；邋Ｗｉｔｔｅ邋ｅｔ邋ａｌ．，２０１４），進(jìn)一步地對中尺度對流降水逡逑的面積、降水率等有著重要影響（Ｆｉｏｌｌｅａｕ邋ａｎｄ邋Ｒｏｃａ，２０１３ｂ；邋Ｋｏｎｄｏ邋ｅｔ邋ａｌ．，２００６；逡逑Ｉｎｏｕｅｅｔａｌ．，邋２００９）。復(fù)雜地形附近，由于地形的不同影響，其局地的環(huán)流存在多逡逑樣性，這些不同的環(huán)流對地形降水有著重要影響（Ｈｏｕｚｅ邋ｅｔ邋ａｌ．，２００７ａ；邋Ｂｏｏｓ邋ａｎｄ逡逑Ｋｕａｎｇ

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本文編號：2756875