利用微雨雷达观测一次层状云降水的垂直结构

【摘要】：云降水的微物理特征是大气科学重要的问题,降水特征随区域、地形、气候特征和季节变化差异很大。前人对降水微物理特征的研究一般主要基于地面雨滴谱仪,而对于降水垂直分布的微物理研究较少。微雨雷达(Micro Rain Rader,简称MRR)是一种由德国METED公司生产的垂直指向雷达,通过获取多普勒功率谱,利用降水粒子下落速度与直径的经验公式反演得到不同高度的雨滴谱,可以得到雨强,雷达反射率因子,粒子下落速度,液态水含量等数据。本研究选取2016年5月13日在河北邢台的一次层状云降水过程。主要使用位于同一观测站的MRR,结合OTT-Parsivel二代激光雨滴谱仪,通过对比MRR与地面雨滴谱仪的雨强值验证微雨雷达数据可靠性,通过分析MRR反射率,雨强值,以及MRR雨滴谱的垂直变化研究降水的垂直分布特征。主要结论如下:(1)将MRR探测得到的最低高度(100m)雨强值与地面雨滴谱仪雨强值随时间的变化进行对比,发现二者差异很小。MRR100m雨强值和地面雨滴谱仪雨强值作散点图得到二者相关系数为0.946,平均偏差0.0123mm/h,标准偏差为0.4340mm/h.说明100m雨强值和地面雨滴谱仪雨强值很接近,MRR探测得到的雨强值精度较高。(2)对降水过程中微雨雷达不同高度的反射率,雨强值进行时间平均,并对每一高度层的反射率,雨强值进行频率分布统计。反射率平均值在垂直方向变化较小,但在600m以下随高度降低有增加的趋势。反射率值的频率分布在垂直方向变化也较小,但在600m以下反射率在高值区出现的频率随高度降低而增加。从微雨雷达雨强值的垂直分布来看,雨强平均值随高度降低而减小,而雨强值在低层的频率分布更为集中。(3)对此次过程的雨滴谱进行平均,降水过程中小滴数浓度随高度降低有明显的减小,0.8-2.8mm直径范围内的雨滴数浓度随高度变化不大,2.8-4.2直径范围内的雨滴数浓度在靠近地面的几百米范围内有增加的趋势,与前面层状云反射率的垂直分布一致。总体而言,平均雨滴谱主要在小滴端随高度降低有明显减小,中滴大滴的垂直变化较小。