黄山地区雨滴谱垂直演变的观测和模式研究

发布时间：2020-04-22 00:37

【摘要】：雨滴谱反映了单位体积一定粒径范围内雨滴粒子数浓度随尺度的变化趋势,其对于提高雷达定量估测降水的精度,改进和优化气候模式中的降水参数化方案有重要意义。但目前对雨滴谱的研究多集中于个例或某类云系下的分析,且国内对雨滴谱垂直演变的模式研究还比较少,为此本文利用2011年6～7月在黄山不同高度采用PARSIVEL雨滴谱仪测得的雨滴谱数据,对不同海拔高度上两类降水(层状云降水和对流云降水)粒子谱的微物理特征量、Gamma函数拟合以及雨滴的下落速度进行对比研究。之后结合一维雨滴分档模型,详细分析蒸发、碰撞收集/破碎以及重力沉降对雨滴谱垂直演变的影响,并通过敏感性实验对部分观测现象进行解释。得到的主要结论如下:观测得到的雨滴谱都比较符合Gamma分布,采用Gamma拟合公式对分档模型进行初始化,模拟结果较好地再现了黄山地区雨滴谱垂直演变的状况,且分析表明,降水初期沉降过程为低层提供直径大于1mm的液滴,之后碰撞过程被启动并在直径0.25mm和0.60mm附近形成两个数浓度峰值,蒸发作用在消耗数浓度峰值的同时成为低层小尺度液滴的主要来源。对流云降水的雨水含量和降水强度、雨滴的各类尺度参数和数浓度都比相同位置上层状云降水的大。由雨滴谱的演变特征来看,层状云降水由于雨水含量(或雨强)较小,下落过程中蒸发和碰撞作用引起的变化率比较小,故相对于对流云降水而言有更稳定的垂直变化。同类降水云系下,不同海拔高度的谱差异主要体现在雨滴尺度方面,其中山顶常处于云内平均尺度最小,而雨滴出云后的破碎消耗导致山底处的雨滴尺度小于海拔高度较高的山腰。另外本文还对雨滴的下落速度进行了分析,发现各尺度雨滴都对应于一定的落速范围,除雨滴尺度外,实际落速还受到空气密度和垂直运动、雨滴的碰并破碎以及湍流运动等的影响。
【图文】：

地形图,地形图,采样点,位置

候起主导作用，形成特殊的山区季风气候，云雾多、湿度大、降水多，山顶年平均降水逡逑量高达２３６９．３ｍｍ，且降水多集中在４？６月。逡逑本次实验主要对在黄山不同高度所测得的雨滴谱数据进行研究。图２．１给出了三个逡逑观测点的相对位置，分别为光明顶气象站（海拔１８６０ｍ，３０°０８’Ｎ，１１８°０９’Ｅ）、半山寺逡逑景点（海拔１３５１ｍ，３０°０７’Ｎ，１１８°１０’Ｅ）和山底的寨西人工影响天气示范基地（海拔逡逑８逡逑

原理图,外形,传感器,原理图

仪器是基于消光原理设计的光学粒子测量仪，可以同时测量降水粒子的尺度和下落速逡逑度，还可以得到雷达反射率、降水强度、能见度等气象指标。逡逑图２．２为ＰＡＲＳＩＶＥＬ室外传感器的原理图，传感器主要由发射机、接收机和控制、逡逑运算、存储等电路部分组成发射机通过探头向水平方向发射红外激光，形成一个长逡逑１８０ｍｍ，，宽３０ｍｍ，面积约为５４ｃｍ２的激光采样区，光线经过大气后聚集在接收端的光逡逑电二极管上，二极管将收到的光信号转变为电信号，最终转变为数字信号进行输出。当逡逑有粒子经过采样区域时，粒子的消光作用会使接收端收到的光电信号产生偏差，由信号逡逑偏差的振幅可以衡量粒子尺度的大小，假设粒子是球形的，水平维和垂直维相等，利用逡逑测量得到的粒子尺度和信号偏差维持的时间可以估算粒子的下落速度ｔ５１，５２］。逡逑图２．２邋ＰＡＲＳＩＶＥＬ室外传感器外形和原理图逡逑Ｆｉｇ．２．２邋Ｓｅｎｓｏｒ邋ｓｈａｐｅ邋ａｎｄ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＰＡＲＳＩＶＥＬ逡逑仪器的尺度和速度测量均分为３２个非等间距的测量通道，表２．１给出了各通道的尺逡逑度和速度范围
【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】：P426.6

【参考文献】