【摘要】：雨滴譜(DSD)分布特征是降水微物理的基本特性,因此充分認識DSD特征變化對于理解降水微物理過程、提高雷達定量降水估計、改進模式微物理參數(shù)化和提高其預(yù)報均具有重要的作用。本研究基于國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)項目“突發(fā)性強對流天氣演變機理和監(jiān)測預(yù)報技術(shù)研究”(OPACC)2014-2015年外場試驗中江寧超級觀測站收集的多種雨滴譜探測儀器(2DVD、MRR、OTT-1和OTT-2)的觀測資料,定量評估了不同雨滴譜儀器的探測精度,并對比分析了儀器探測性能對DSD導出量、導出關(guān)系和模式微物理過程的影響。在此基礎(chǔ)上,利用高精度的2DVD和MRR探測資料,揭示了中國東部地區(qū)降水DSD的統(tǒng)計特征及不同降水系統(tǒng)下雨滴譜特征差異。首先,定量對比分析了不同雨滴譜的DSD、降水量和雨滴下落速度測量差異�？傮w而言,2DVD對DSD和雨滴降落末速度測量精度最高。對于中等大小的粒子(1-4 mm)探測,各類雨滴譜儀器均具有較好的一致性。OTT雨滴譜儀低估小粒子( 1mm)、高估大粒子(4mm)。OTT-1速度測量誤差最大,OTT-2在小粒子和大粒子端均有較大提高。同OTT和2DVD相比,MRR能觀測雨滴譜的垂直結(jié)構(gòu),其最低層觀測(MRR-200m)低估大粒子直徑而高估小粒子濃度。由于OTT儀器探測原理和精度的問題而丟失大量小粒子,會導致DSD導出量、導出關(guān)系和模式微物理參量均出現(xiàn)較大的差異。其次,結(jié)合2DVD和MRR探測,識別并分析層云、對流和淺層三類降水的DSD統(tǒng)計特征和差異。結(jié)果顯示,夏季降水中,層云降水過程發(fā)生頻次高,淺層降水頻次最低,但對流性降水貢獻更大。淺層降水中沒有冰相過程的存在,導致降落至地面的雨滴平均(和最大)直徑偏小,其雨滴濃度介于層云和對流性降水之間。對流性降水雨滴濃度(粒徑)比相同氣候區(qū)(如日本)更大(更小),這可能與環(huán)境高濕度和局地氣溶膠濃度有關(guān)。在夏季梅雨前、中、后三個時期,不同類型降水的頻次發(fā)生存在差異,但同類型降水的DSD變化很小。以此為基礎(chǔ),建立適用于中國東部地區(qū)三類降水特征的雙偏振雷達定量降水估計關(guān)系,提高雷達定量降水精度。最后,分別選取了梅雨鋒雨帶、登陸臺風雨帶和颮線系統(tǒng)個例,對比不同降水系統(tǒng)雷達回波和DSD的時間演變特征。結(jié)果顯示,臺風雨帶和梅雨鋒雨帶主要由更高濃度的小粒子組成。颮線的DSD分布較廣,其對流中心表現(xiàn)出“大陸性”對流的特征,同時層云降水區(qū)還出現(xiàn)少數(shù)由大的冰粒子融化產(chǎn)生的大雨滴。不同降水系統(tǒng)雨滴形狀差異較大,中國東部地區(qū)登陸臺風雨帶中的雨滴比其它地區(qū)(如臺灣)的臺風雨帶更趨于圓形。雨滴形狀的差異會造成雨滴后向散射的差異,將導致反演DSD出現(xiàn)較大的偏差。以臺風降水為例,相同的雷達觀測下,新的擬合關(guān)系比Brandes (Chang)關(guān)系得到的雨滴質(zhì)量加權(quán)平均粒徑Dm更大而標準化截距參數(shù)Nw偏小。相同DSD觀測下,兩者反射率因子ZH反演的差異很小,但差分反射率因子ZDR在強降水中最大偏差可達0.94(0.25)dB。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P426.6

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本文編號：2773554