【摘要】：云在氣候系統(tǒng)中扮演重要角色,對(duì)地氣系統(tǒng)的輻射傳輸、能量平衡以及水循環(huán)都有重要影響。對(duì)云宏微觀特征的研究,對(duì)深入理解云在氣候變化中的作用,改進(jìn)模式中云的參數(shù)化過程,以及人工影響天氣有著重要的意義。文章基于地基云雷達(dá)以及地面微波輻射計(jì)2015年3月1日~2016年2月28日的觀測數(shù)據(jù),對(duì)淮南地區(qū)云的宏觀特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析;進(jìn)一步研究了該地區(qū)冰云、水云的微物理特征量的垂直分布和季節(jié)變化;并通過分析一次弱降雨過程和一次降雪過程的云層宏、微觀特征,對(duì)降水前后云層垂直結(jié)構(gòu)演變、云層含水量、粒子有效半徑變化特征進(jìn)行了探討,主要結(jié)論如下:(1)淮南地區(qū)云底在距地面2.5 km和7.0 km處出現(xiàn)頻率達(dá)到峰值,而云頂在距地面2.5 km和8.5 km處出現(xiàn)頻率達(dá)到峰值。云層厚度分布頻率隨厚度增加而降低,其中80.2%的云層厚度在2.0 km范圍內(nèi)。四個(gè)季節(jié)云底、云頂和云層厚度都有一定的日變化特征,以春、秋季最為明顯。春、秋季云底、云頂高度在日出之后先緩慢降低,午后開始持續(xù)升高,云層厚度在夜間略高于白天。所有云中高云出現(xiàn)頻率最高,為57.8%,中云、低云出現(xiàn)頻率依次降低,分別為32.9%和8.8%。中云的平均厚度最大,為1.5 km,低云厚度為1.0 km,高云厚度最小,為0.9 km。一年中單層云出現(xiàn)頻率最高,隨著云層數(shù)的增加,兩層及其以上云的出現(xiàn)頻率逐漸降低。夏、秋季節(jié)多層云出現(xiàn)頻率高于春、冬季節(jié)。(2)從概率函數(shù)分布來看,冰/水云含水量及其粒子有效半徑的分布基本為單峰型。冰云冰水含量的范圍在0.35 g/m~3以下。夏季92.96%的值都分布在0~0.2g/m~3之間,而春、秋、冬季90%左右的值分布在0.1 g/m~3以下。液態(tài)水含量范圍在0.1~0.7 g/m~3之間。春秋冬季液態(tài)水含量在0.25~0.3 g/m~3范圍、夏季在0.35~0.4g/m~3范圍之間出現(xiàn)頻率最高。冰云粒子有效半徑的值基本分布在40~75μm之間。夏季冰云粒子有效半徑79.15%集中在55~65μm。而春、秋、冬季集中在50~60μm,占比為70%左右。水云粒子有效半徑的值均在7μm以下,粒子有效半徑在4.0~5.0μm分布概率較高。從垂直分布來看,夏季冰水含量在不同高度上的平均值值遠(yuǎn)大于其他三個(gè)季節(jié)。冰水含量從低空開始隨高度增加而增加,最大值位于6.5~8.0 km之間,夏季的值最大,為0.133 g/m~3。液態(tài)水含量垂直變化四季差異較小,液態(tài)水含量隨著高度增加而增加,最大值位于1.7~2.0 km,最大值在0.47g/m~3左右。冰云粒子有效半徑不同高度上的平均值在夏季明顯大于其他三個(gè)季節(jié)。春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié)冰云粒子有效半徑隨高度增加而增加,分別在6.27 km、11.76km、7.5 km、6.69 km處達(dá)到最大值,最大值對(duì)應(yīng)為53.1μm、60.7μm、55.71μm、52.56μm,夏季的值最大。水云粒子有效半徑垂直變化四季差異不大,隨著高度增加,有效半徑呈現(xiàn)逐步增大的趨勢(shì),最大值位于1.7~2.0 km高度上,最大值在4.9μm左右。(3)毫米波云雷達(dá)具有高時(shí)空分辨率,能夠精細(xì)化探測弱降雨云層結(jié)構(gòu),為預(yù)測云的發(fā)展及研究云的宏微觀特征提供良好的支撐。此次弱降雨過程混合相云存在回波強(qiáng)度、多普勒速度和多普勒速度譜寬三條亮帶,多普勒速度譜寬亮帶高度低于多普勒速度亮帶高度,多普勒速度亮帶高度低于回波強(qiáng)度亮帶高度�；旌舷嘣拼嬖凇安ト�-供給”的垂直結(jié)構(gòu)�；旌舷嘣平涤曜钔㈦A段存在一定過冷水,其垂直分布是不連續(xù)的,分布范圍也比較廣。此次弱降雨過程層狀云階段隨著降水系統(tǒng)的靠近,云中含水量增加,粒子半徑逐漸增大。在層狀云降雨前云中粒子半徑和液態(tài)水含量分別達(dá)到13.5~285.2μm和0.22~0.57 g/m~3,在降雨階段云中二者達(dá)到最大值。由于降雨帶走大量水汽,降雨后云層含水量急劇減小,粒子也變小,反演的粒子有效半徑為6.94-95.73μm,液態(tài)水含量為0.096-0.646 g/m~3,整體來看降雨前云中含水量和粒子有效半徑均大于降雨后。(4)對(duì)于降雪云層的分析結(jié)果表明,毫米波云雷達(dá)能對(duì)降雪系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)化探測,掌握降雪云層的宏微觀特征。此次降雪過程回波強(qiáng)度最大值代表云系中最大含水量區(qū)域。在降雪最旺盛時(shí)期回波強(qiáng)度隨高度下降逐漸增加且出現(xiàn)多個(gè)峰值,這是不同高度風(fēng)速不同造成的。在降雪初期和降雪系統(tǒng)消散階段,雪粒子含水量小于0.03 g/m~3。在降雪旺盛期,雪粒子含水量在0.001~0.104 g/m~3之間。降雪量反演結(jié)果表明此次降雪量在21日的00:00時(shí)最大,為0.89 mm/h。這些數(shù)據(jù)可以為改進(jìn)云參數(shù)化和人工影響天氣中評(píng)估降雪潛力提供一定的依據(jù)。
【圖文】：

全年日照時(shí)數(shù) 2279.2 h，無霜期為 224 天。圖 2.1 大氣物理研究所淮南氣候環(huán)境綜合試驗(yàn)站（HCEO）示意圖2.1.2 毫米波云雷達(dá)參數(shù)本研究中使用的是中國航天科工二院 23 所為中國科學(xué)院大氣物理研究所淮南研究院研制的 HMB-KST 固態(tài)毫米波云雷達(dá)。該雷達(dá)采用單發(fā)雙收線極化（水平極化發(fā)射 ，，水平和垂直極化接收）、全相參脈沖多普勒體制。雷達(dá)工作于 Ka波段，工作頻率為 33.44 GHz（波長 8.97 mm），峰值功率 200 W，天線直徑 1.5m，波束寬度 0.5°，垂直分辨率為 30 m，時(shí)間分辨率約為 0.8 s。該雷達(dá)可以使用

大于-20 dBZ時(shí)，Sauvageot和Fox關(guān)系式反演結(jié)果明顯大于Atlas[28]。比較圖2.2(a)和圖 2.2(b)可以看出，在回波強(qiáng)度相同的情況下，已經(jīng)發(fā)生降水的云內(nèi)液態(tài)水含量明顯小于沒有發(fā)生降水的云內(nèi)液態(tài)水含量。比較 Baedi 和 CLAR 關(guān)系式可知，前者比后者反演結(jié)果大的多。所以，判斷云內(nèi)是否發(fā)生降水將直接影響云內(nèi)含水量的多少，根據(jù)云內(nèi)粒子有無降水情況選擇合適的反演關(guān)系式非常必要。本文在此根據(jù) Shupe[57]的研究，取-17 dBZ 為區(qū)分毛毛雨和非降水性水凝物的閾值，取 5 dBZ 為區(qū)分毛毛雨和小雨的閾值。云中液態(tài)水含量的反演采用回波分類法[58]，根據(jù)回波強(qiáng)
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P412.25;P426.5

【參考文獻(xiàn)】

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1 陳羿辰;金永利;丁德平;畢凱;馬新成;李巖松;;毫米波測云雷達(dá)在降雪觀測中的應(yīng)用初步分析[J];大氣科學(xué);2018年01期

2 黃佳歡;黃興友;黃勇;韋凱華;馬雷;;2015年10月29日弱降雨前后的層狀云微物理參數(shù)反演和分析[J];氣象科學(xué);2017年04期

3 吳

本文編號(hào)：2692996