【摘要】：云降水系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展的動(dòng)力、熱力過(guò)程及內(nèi)部的微物理特征是云物理研究的重點(diǎn),其中,大氣垂直運(yùn)動(dòng)和雨滴譜分布是人們重點(diǎn)獲取云降水的微物理參量之一。中國(guó)氣象科學(xué)研究院2016年于廣東省龍門(mén)縣觀測(cè)站進(jìn)行“華南季風(fēng)云-降水試驗(yàn)”,垂直觀測(cè)的Ka波段毫米波雷達(dá)作為云降水動(dòng)力過(guò)程和微物理量的有效探測(cè)手段,參與本次實(shí)驗(yàn)的連續(xù)觀測(cè),本文據(jù)此開(kāi)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(guò)程的大氣垂直速度和雨滴譜反演的試驗(yàn),并與地面激光雨滴譜儀和微降水雷達(dá)的測(cè)量雨滴譜結(jié)果進(jìn)行對(duì)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(huì)影響雷達(dá)的功率譜分布;受動(dòng)態(tài)范圍限制,回波強(qiáng)度過(guò)飽和現(xiàn)象會(huì)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(cè)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(cè)量偏差較小;在穩(wěn)定降水時(shí)CR和MRR功率譜密度對(duì)比較為一致;3)CR和MRR反演雨滴譜對(duì)比實(shí)驗(yàn)中,雨滴譜反演對(duì)大氣垂直速度十分敏感,大氣垂直速度的變化,會(huì)使CR反演雨滴譜隨著高度增加數(shù)濃度量級(jí)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(yàn)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(duì)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(yùn)用2016年5月6日“華南季風(fēng)云-降水試驗(yàn)”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(guò)境的對(duì)流云降水個(gè)例的分析,并運(yùn)用廣東省廣州雷達(dá)站的S波段雙偏振雷達(dá)(簡(jiǎn)稱(chēng)SA雷達(dá))為探測(cè)結(jié)果提供參照。根據(jù)SA的PPI圖和CR的時(shí)間-高度演變圖獲得颮線過(guò)境過(guò)程。個(gè)例分析的主要結(jié)論如下:1)在18:00-18:30的颮線強(qiáng)對(duì)流云區(qū),SA觀測(cè)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(duì)流區(qū)存在著較大的雨滴、強(qiáng)烈的降水。颮線主體的對(duì)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(duì)流區(qū)過(guò)境時(shí),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(shí)刻的較大上升速度可能觸發(fā)了16:50時(shí)刻較強(qiáng)的垂直對(duì)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(duì)流部分由于強(qiáng)衰減,高空部分回波觀測(cè)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(gè)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(shì)類(lèi)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(shí)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(cè)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(guó)氣象科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：P407

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1 本報(bào)記者 楊s，

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