何雨芩，黃興友，孫績(jī)?nèi)A

(1.云南省氣候中心，云南 昆明 650034；2.南京信息工程大學(xué) 中國(guó)氣象局氣溶膠-云-降水重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210044；3.云南省氣象科學(xué)研究所，云南 昆明 650034)

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基于風(fēng)廓線雷達(dá)資料的不同區(qū)域降水特征分析*

何雨芩1，黃興友2，孫績(jī)?nèi)A3

(1.云南省氣候中心，云南 昆明 650034；2.南京信息工程大學(xué) 中國(guó)氣象局氣溶膠-云-降水重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210044；3.云南省氣象科學(xué)研究所，云南 昆明 650034)

利用兩部風(fēng)廓線雷達(dá)對(duì)發(fā)生在云南大理和江蘇南京的6次降水過(guò)程(2010年2次、2012年4次)進(jìn)行探測(cè)，分別識(shí)別出降水回波信號(hào)和大氣回波信號(hào)。利用降水回波信號(hào)反演雨滴譜和Z-I關(guān)系，并將降水過(guò)程分成三類；利用大氣回波信號(hào)計(jì)算降水時(shí)環(huán)境大氣垂直運(yùn)動(dòng)速度。結(jié)果顯示：①由風(fēng)廓線雷達(dá)反演的雨滴譜分布能夠?yàn)榻邓愋偷姆诸愄峁┮罁?jù)；②反演的六個(gè)Z-I關(guān)系中系數(shù)A值隨降水強(qiáng)度和降水時(shí)間的不同而改變，指數(shù)b值雖然在同一地區(qū)變化不大，但大理和南京兩地差異明顯；③風(fēng)廓線雷達(dá)在對(duì)降水天氣進(jìn)行探測(cè)時(shí)所獲得的整個(gè)降水過(guò)程大氣的演變情況，能夠?yàn)榻邓亩膛R預(yù)報(bào)提供技術(shù)支持，對(duì)研究暴雨或極端降水事件有重要意義。

風(fēng)廓線雷達(dá)；雨滴譜；Z-I關(guān)系；降水類型

近年來(lái)中國(guó)暴雨或極端降水事件發(fā)生頻次增多、強(qiáng)度增加，暴雨和極端強(qiáng)降水量在總降水量中的比重也有所增加[1]。尤其到每年的汛期，長(zhǎng)時(shí)間的暴雨容易產(chǎn)生積水或徑流淹沒(méi)低洼地段，造成洪澇災(zāi)害。云南是自然災(zāi)害頻發(fā)的地區(qū)，每當(dāng)暴雨發(fā)生，往往還會(huì)伴隨著滑坡和泥石流。因此對(duì)暴雨、大風(fēng)等災(zāi)害性強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生、發(fā)展和預(yù)測(cè)是當(dāng)代大氣科學(xué)研究中最受人們關(guān)注的研究領(lǐng)域之一，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)意義[2]。風(fēng)廓線雷達(dá)作為一種新型的無(wú)球高空氣象遙感探測(cè)設(shè)備，可以提供連續(xù)的大氣水平風(fēng)場(chǎng)、垂直氣流、大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)等氣象要素隨高度的分布和隨時(shí)間的變化，具有很高的時(shí)空分辨率。風(fēng)廓線雷達(dá)目前應(yīng)用最廣泛的是相控陣天線，屬于相控陣多普勒天氣雷達(dá)，它的主要優(yōu)勢(shì)在于可以提高獲取資料的時(shí)間分辨率，大大提高了對(duì)大氣系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)水平[3]。雖然風(fēng)廓線雷達(dá)的設(shè)計(jì)目的主要是用于探測(cè)大氣風(fēng)場(chǎng)，但L波段和P波段風(fēng)廓線雷達(dá)在對(duì)氣流探測(cè)的同時(shí)，對(duì)降水物也很敏感[4]。底層大氣風(fēng)廓線雷達(dá)系統(tǒng)(LAWP)除了可以詳細(xì)地研究熱帶地區(qū)的風(fēng)和擾動(dòng)，它所獲得的降雨云系統(tǒng)垂直結(jié)構(gòu)還能直接識(shí)別零度層亮帶，并對(duì)層狀云降水和對(duì)流性降水加以區(qū)分[3]。因?yàn)榭梢酝瑫r(shí)獲取氣流和降水粒子的運(yùn)動(dòng)速度與散射強(qiáng)度等信息，所以風(fēng)廓線雷達(dá)在降水研究與預(yù)報(bào)方面具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

本文利用風(fēng)廓線雷達(dá)資料，對(duì)發(fā)生在云南大理和江蘇南京的6次降水天氣(2010年2次、2012年4次)進(jìn)行雨滴譜和Z-I關(guān)系反演，并分析降水類型及降水時(shí)環(huán)境大氣垂直運(yùn)動(dòng)的特征，為降水天氣的觀測(cè)和預(yù)報(bào)提供有益的技術(shù)支持。

1 資料和方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文所用的風(fēng)廓線雷達(dá)分別布設(shè)在江蘇南京和云南大理，一部為安置在南京信息工程大學(xué)觀測(cè)場(chǎng)的WP-3000型邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)，由安徽四創(chuàng)公司生產(chǎn)，雷達(dá)具體位置是118.7°E、32.21°N。該雷達(dá)采用五波束、高低兩種模式進(jìn)行探測(cè)，工作頻率為1 280MHz；另一部為安置在云南大理國(guó)家氣候觀象臺(tái)的LQ-7邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)，由日本住友公司生產(chǎn)，雷達(dá)具體位置為100.18°E、22.7°N，海拔1 990m，工作方式為五波束掃描，工作頻率為1 290MHz。兩部雷達(dá)參數(shù)如表1所示。

表1 WP-3000風(fēng)廓線雷達(dá)和LQ-7風(fēng)廓線雷達(dá)參數(shù)

1.2 反演方法

在進(jìn)行反演之前，必須先對(duì)風(fēng)廓線雷達(dá)獲取的原始功率密度譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括雜波抑制、濾波平滑及噪聲電平的估算，以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，進(jìn)而才能反演雨滴譜和Z-I關(guān)系。

1.2.1 雨滴譜反演

由于風(fēng)廓線雷達(dá)對(duì)降水天氣進(jìn)行探測(cè)時(shí)獲得的功率譜密度數(shù)據(jù)包含降水粒子回波信號(hào)和環(huán)境大氣回波信號(hào)，因此在對(duì)風(fēng)廓線雷達(dá)獲取的原始功率譜密度數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，必須分別對(duì)降水回波信號(hào)和大氣回波信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，對(duì)其中的大氣回波信號(hào)進(jìn)行譜矩計(jì)算，得到大氣的垂直運(yùn)動(dòng)速度Vatm。Vatm用于訂正降水回波信號(hào)以便得到雨滴下落末速度V未i，在本文的個(gè)例中計(jì)算得到的大氣垂直運(yùn)動(dòng)速度都小于1.6 m/s。

由Gunn等[5]提出的雨滴下落末速度V未i和直徑的關(guān)系Di：

V未i=9.65-10.3×10-6Di。

(1)

可以求出速度V未i對(duì)應(yīng)的雨滴粒子直徑Di(cm)。該式適用于雨滴直徑在0.01～0.60 cm之間的范圍內(nèi)。

根據(jù)雷達(dá)氣象方程得到直徑為Di的單個(gè)粒子的散射回波功率Pri：

(2)

式中：Pt是雷達(dá)峰值發(fā)射功率；h是雷達(dá)的有效探測(cè)深度；G是天線增益；θ、φ分別是水平和垂直波束寬度；λ是發(fā)射波長(zhǎng)；R是雷達(dá)到探測(cè)目標(biāo)物的距離；L是饋線損耗；m是水的負(fù)折射指數(shù)。對(duì)于降雨，復(fù)折射指數(shù)這一項(xiàng)按0.93計(jì)算。

最終，由降水粒子下落末速度的功率譜分布S2(vi)、單個(gè)雨滴粒子的散射回波功率Pri和雨滴譜N(Di)之間的關(guān)系：

S2(vi)=Pri·N(Di)，

(3)

就可由雷達(dá)接收到的降水粒子返回信號(hào)的功率譜分布估算得到雨滴譜N(Di)。

1.2.2Z-I關(guān)系反演

雷達(dá)反射率因子Z與降水強(qiáng)度I的關(guān)系是雷達(dá)定量測(cè)量降水的基礎(chǔ)，二者之間存在冪指數(shù)關(guān)系，即

Z=AIb。

(4)

對(duì)上式兩邊取對(duì)數(shù)得到

lgZ=lgA+blgI。

(5)

那么，式(5)就是以lgZ和lgI為變量的線性方程，利用最小二乘法進(jìn)行擬合就可獲得這條直線的斜率b和截距l(xiāng)gA，再對(duì)截距取反對(duì)數(shù)就可以得到系數(shù)A的值。

考慮到Z-I關(guān)系使用時(shí)是根據(jù)雷達(dá)所測(cè)的反射率因子Z來(lái)計(jì)算降水強(qiáng)度I，所以反演時(shí)Z值是由風(fēng)廓線雷達(dá)探測(cè)所得到的反射率因子值；然后利用雨滴譜與降水強(qiáng)度的關(guān)系來(lái)求得降水強(qiáng)度I：

(6)

式中：滴譜參數(shù)已由風(fēng)廓線雷達(dá)反演得出，Di為雨滴粒子直徑，v(Di)為雨滴粒子下落末速度，用上式就可求得降水強(qiáng)度I值。為了驗(yàn)證由雨滴譜計(jì)算的降水強(qiáng)度I值是否可靠，本文將6次降水過(guò)程的實(shí)測(cè)平均降水量和雨滴譜計(jì)算的平均降水量進(jìn)行了比較(圖1)。實(shí)測(cè)平均降水量是兩地的風(fēng)廓線雷達(dá)所在觀測(cè)場(chǎng)降水量記錄的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可見(jiàn)雨滴譜計(jì)算出的I值偏大，這與降水量的分布有關(guān)，但總體上計(jì)算值與實(shí)測(cè)值誤差較小，且變化趨勢(shì)一致。因此，雨滴譜計(jì)算的降水強(qiáng)度I值是能夠代表實(shí)測(cè)值的。

圖1 6次降水過(guò)程平均降水量

另外，本研究在反演Z-I關(guān)系時(shí)使用的是風(fēng)廓線雷達(dá)低層數(shù)據(jù)，由于底層數(shù)據(jù)較容易受到雜波的影響，數(shù)據(jù)質(zhì)量不如高層，因此根據(jù)風(fēng)廓線雷達(dá)探測(cè)到的大氣回波隨高度而改變并且在垂直方向上具有連續(xù)性的特征，本研究采用了一致性對(duì)比的方式，用垂直方向上數(shù)值的趨勢(shì)首先對(duì)低層數(shù)據(jù)進(jìn)行了訂正。然后使用風(fēng)廓線雷達(dá)探測(cè)到的底層反射率因子Z值，和由底層雨滴譜分布求得的底層降水強(qiáng)度I值，對(duì)它們?nèi)?duì)數(shù)后利用最小二乘法擬合反演得到了6次降水的Z-I關(guān)系。

表2 大理四次降水和風(fēng)廓線雷達(dá)取樣情況

2 降水回波分析

2.1 雨滴譜分布

本文利用大理的LQ-7邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)對(duì)2012年7月的4次降水進(jìn)行了探測(cè)，利用南京的WP-3000邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)對(duì)2010年7月的2次降水進(jìn)行了探測(cè)，這6次次降水情況如表2所示。

圖2是6次降水在回波最強(qiáng)時(shí)刻500m和2 000m高度處的雨滴譜分布(南京的雨滴譜資料實(shí)際為480m和1 980m，可以忽略高度相差20m這一點(diǎn))，由圖2可以看出在兩個(gè)高度處，10年7月20日的雨滴譜譜寬最寬，2 000m處最大滴已經(jīng)超過(guò)6mm；12年7月6日、22日和23日譜寬最小，均未超過(guò)3mm；12年7月18日和10年7月12日譜寬介于3～4mm之間。小雨滴數(shù)量多主要是由于大雨滴的破碎造成，當(dāng)雨滴半徑達(dá)到2.5～3mm左右時(shí)，水滴內(nèi)部就會(huì)發(fā)生環(huán)流，影響水滴內(nèi)壓強(qiáng)導(dǎo)致其變形[6]，再加上雨滴與氣流的相互作用以及碰撞，容易在下降時(shí)發(fā)生破裂，使得地面雨滴譜出現(xiàn)多峰結(jié)構(gòu)；另外云滴間的互相碰撞也會(huì)使得小滴增多。雨滴破碎后的譜在大滴處有微弱的第二極大峰值，碎片數(shù)隨母體的增大而增多，使得譜型向大滴處伸展[7]。

圖2 6次降水在回波較強(qiáng)時(shí)500 m(上)和2 000 m(下)高度層的雨滴譜分布

宏觀上，一般認(rèn)為回波強(qiáng)度大于38dBz、降水強(qiáng)度大于6mm/h的降水為對(duì)流云降水。從微觀上說(shuō)，對(duì)流云降水的雨滴特點(diǎn)是近地面粒子大，個(gè)數(shù)少；而層狀云降水則是近地面粒子小，個(gè)數(shù)多[8]。另外還有一種類型，是介于層狀云降水與對(duì)流云降水之間的混合云降水，這種類型的降水容易被錯(cuò)分到層狀云降水中。實(shí)際上，它們二者的雨滴譜特征如數(shù)密度、雨強(qiáng)和平均尺度等都是有差別的。Uijlenhoet等[9]在研究颮線雨滴譜特征時(shí)也發(fā)現(xiàn)了這一點(diǎn)。混合云降水，是指在大片層狀云內(nèi)嵌入對(duì)流性降水[10]，正是由于混合云降水存在對(duì)流單體，使得雨滴在取樣時(shí)有時(shí)在對(duì)流單體中，有時(shí)卻在以層狀云為主的降雨中，這必然將對(duì)統(tǒng)計(jì)Z-I關(guān)系造成很大影響[11]。

圖3所示為三類降水云的平均雨滴譜分布，可見(jiàn)對(duì)流云降水譜寬最大，說(shuō)明其大粒子比較多；而層狀云降水因?yàn)橹饕怯尚×Ｗ訕?gòu)成，所以譜寬最??；混合云降水介于對(duì)流云和層狀云降水之間，譜寬也比較寬。對(duì)流云和混合云降水的雨滴粒子最大分別能達(dá)到8mm和7mm，這種特大雨滴何珍珍[12]、阮忠家[13]等早在1962年的夏季在泰山就已觀測(cè)到。

圖3 三類降水云平均雨滴譜[14]

圖4 6次降水過(guò)程的Z-I點(diǎn)聚圖

2.2 Z-I關(guān)系

在經(jīng)過(guò)降水強(qiáng)度I值的雨滴譜計(jì)算值和實(shí)測(cè)值的對(duì)比驗(yàn)證后，利用風(fēng)廓線雷達(dá)對(duì)發(fā)生在大理和南京的6次降水反演了Z-I關(guān)系，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可以發(fā)現(xiàn)，系數(shù)A的值與實(shí)際降水量之間有著相關(guān)關(guān)系，最小A值為7月23日的95.5，可能是由于雨滴小粒子數(shù)量較多使得平均雨量偏小的緣故；6日與22日的系數(shù)比較接近，對(duì)于6日來(lái)說(shuō)，降水過(guò)程本身持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)而且雨量較小，對(duì)于22日來(lái)說(shuō)，雖然強(qiáng)降水時(shí)刻的降雨量稍大，但是因?yàn)槌掷m(xù)時(shí)間長(zhǎng)，其他時(shí)刻的小雨量使得A減??；18日系數(shù)A比較大的原因可能是此次降水云包含對(duì)流單體，取樣時(shí)刻恰好在單體中較多造成，也間接說(shuō)明此次降水類型或許為層狀云和對(duì)流云共存的混合型降水。

南京的這兩次降水都達(dá)到暴雨等級(jí)，7月12日的降水持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，雖然3 h累積降水量達(dá)到40 mm以上，但其他時(shí)刻的強(qiáng)度稍弱的降水使得反演出的Z-I關(guān)系系數(shù)A值為并不大的224.9；20日的降水則比較集中，小時(shí)降水量就達(dá)到了37.6 mm，明顯是一次對(duì)流性降水過(guò)程，反演出的系數(shù)A值(311.2)也比較大。

比較6個(gè)Z-I關(guān)系，發(fā)現(xiàn)系數(shù)A值會(huì)隨降水強(qiáng)度和降水時(shí)間不同而發(fā)生改變，b值雖然在同一地區(qū)變化不大(大理b值均值為1.089，南京b值均值為1.815)，但大理和南京兩地的差異比較明顯。由這六次降水過(guò)程反演得到的反射率因子和降水強(qiáng)度關(guān)系可知，隨時(shí)間、空間以及地理位置的不同Z-I關(guān)系會(huì)發(fā)生改變，但其中還是有著一定的規(guī)律性，比如同一類型降水或許會(huì)有相近的Z-I關(guān)系等。本文統(tǒng)計(jì)分析得到的這些結(jié)果只是大理和南京這幾次降水過(guò)程所具有的特征，這些結(jié)果對(duì)于其他地區(qū)研究Z-I關(guān)系也許有一定的比較和指示意義，但并不表明其他地區(qū)也同樣具有這種特征。

表3 6次降水過(guò)程的分類結(jié)果

結(jié)合地面降水量信息，本文將2012年7月6日、22日和23日的分為層狀云降水，2012年7月18日和2010年7月12日的分為混合云降水，2010年7月20日的分為對(duì)流云降水，如表3所示。

Z-I關(guān)系中系數(shù)A與雨滴譜的分布是有關(guān)聯(lián)的，所以在不同降水中，或者是同一降水的不同時(shí)間內(nèi)得到的雷達(dá)反射率因子Z與降水強(qiáng)度I之間的關(guān)系的不同，是因?yàn)橄禂?shù)A受到降水雨滴譜變化的影響而產(chǎn)生的[15]。

用風(fēng)廓線雷達(dá)資料反演的6次降水，所得到的Z-I關(guān)系也比較符合三類云降水的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，可明顯看出對(duì)流云降水的系數(shù)A大于層狀云降水，混合云降水的系數(shù)A介于二者之間，另外系數(shù)A與雨滴譜的分布是有關(guān)系的，在不同降水過(guò)程或者是同一降水的不同時(shí)間內(nèi)得到的降水強(qiáng)度I與雷達(dá)反射率因子Z之間的關(guān)系都不盡相同；b值則相差不大，但存在著地域的區(qū)分。

Z-I關(guān)系存在地域差異，現(xiàn)有的部分研究結(jié)果也表明了這一點(diǎn)，王建初和湯達(dá)章[11]得到安徽和湖南兩地對(duì)流云降水的結(jié)果分別是Z=274.9I1.64和Z=291.5I1.54；林文和牛生杰[7]得到的寧夏銀川地區(qū)的Z-I關(guān)系為Z=264.25I1.33；何寬科等人[16]用多普勒天氣雷達(dá)資料和自動(dòng)雨量站資料，擬合出適合于舟山地區(qū)臺(tái)風(fēng)降水的Z-I關(guān)系為Z=70I1.38；馮雷等人[10]得到的沈陽(yáng)、哈爾濱和唐河這三個(gè)地區(qū)的Z-I關(guān)系分別為Z=131.7I1.44、Z=198.4I1.4和Z=135.7I1.37。

3 降水時(shí)環(huán)境大氣垂直速度

在風(fēng)廓線雷達(dá)對(duì)大氣湍流垂直結(jié)構(gòu)的研究方面，國(guó)外的Muschiniski等[17]曾利用邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)垂直方向上返回信號(hào)的功率譜研究了大氣湍流結(jié)構(gòu)，對(duì)當(dāng)?shù)氐钠骄髿庹凵渎释牧鹘Y(jié)構(gòu)常數(shù)的垂直結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析；國(guó)內(nèi)如阮征等[18]經(jīng)過(guò)對(duì)風(fēng)廓線雷達(dá)多種探測(cè)模式探測(cè)數(shù)據(jù)的估算分析，構(gòu)建了風(fēng)廓線雷達(dá)強(qiáng)度信息對(duì)大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)的估算方法，孫芳林等[19-21]利用風(fēng)廓線雷達(dá)研究珠峰北坡大氣垂直結(jié)構(gòu)。本研究利用風(fēng)廓線雷達(dá)垂直方向的功率譜密度數(shù)據(jù)計(jì)算了降水時(shí)環(huán)境大氣的垂直運(yùn)動(dòng)速度。

2012年7月6日發(fā)生在大理的一次降水被LQ-7邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)記錄了下來(lái)，根據(jù)大理觀測(cè)站降水量資料顯示，這次降水過(guò)程從凌晨2點(diǎn)開始發(fā)生，6點(diǎn)無(wú)記錄，直到9點(diǎn)又有1 h記錄后降水停止，總降水量為13.8 mm。圖5從上到下分別是此次降水過(guò)程的回波強(qiáng)度、信噪比及折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)的時(shí)間序列圖，可以從宏觀上了解到此次降水的情況。由圖5所示，三者都從2:30左右開始增強(qiáng)，3:30-5:00的信號(hào)為最強(qiáng)，5:30-6:00有一個(gè)減弱區(qū)，之后稍有發(fā)展，8:00左右又出現(xiàn)一個(gè)減弱區(qū)，在8:30-9:30時(shí)變強(qiáng)，最后都變?nèi)酰@一增強(qiáng)減弱的趨勢(shì)很好地對(duì)應(yīng)了地面雨量觀測(cè)資料。由于風(fēng)廓線雷達(dá)探測(cè)的是一個(gè)具有一定高度的垂直方向上的大氣空間，與地面資料存在空間上的不匹配，所以當(dāng)6:30左右回波強(qiáng)度、信噪比及折射率指數(shù)出現(xiàn)增強(qiáng)區(qū)時(shí)，地面雨量計(jì)并無(wú)雨量記錄，這也說(shuō)明了高空出現(xiàn)回波明顯增大時(shí)，并不代表降水會(huì)發(fā)生，而也許只是為了下一次降水做準(zhǔn)備。

風(fēng)廓線雷達(dá)還能體現(xiàn)出降水前和降水后大氣狀態(tài)的變化過(guò)程，能為降水短臨預(yù)測(cè)提供很好的技術(shù)支持。如圖6所示為L(zhǎng)Q-7風(fēng)廓線雷達(dá)對(duì)大理2012年7月18日的降水進(jìn)行探測(cè)得到的降水前環(huán)境大氣垂直運(yùn)動(dòng)速度的變化，此次降水開始于10:30，可發(fā)現(xiàn)從10:00開始，5 000 m以上高度開始出現(xiàn)明顯的下沉運(yùn)動(dòng)，2 500～5 000 m高度層為上升運(yùn)動(dòng)，10:10時(shí)500～3 000 m高度層也出現(xiàn)了明顯的下沉運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明大氣愈發(fā)不穩(wěn)定，之后20 min降水發(fā)生。

圖7所示為21:50降水結(jié)束后20 min內(nèi)環(huán)境大氣的垂直運(yùn)動(dòng)情況，結(jié)果顯示在4 000 m高度以下，會(huì)出現(xiàn)微弱的上升氣流，最大上升速度為1.387 2 m/s，說(shuō)明雨水的蒸發(fā)正在發(fā)生。雨停之后上升氣流的高度從2 000 m發(fā)展到了4 000 m，21:53-22:01內(nèi)發(fā)展的最為旺盛，21:02之后，整個(gè)高度內(nèi)大氣的垂直運(yùn)動(dòng)有升有降，說(shuō)明這發(fā)展為一個(gè)微弱的對(duì)流過(guò)程，向大氣輸送的水汽逐漸減少。

圖5 LQ-7風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)產(chǎn)品時(shí)間序列圖

圖6 大理2012年7月18日10:00-11:00的環(huán)境大氣垂直運(yùn)動(dòng)速度

圖7 大理2012年7月18日21:50-22:10的環(huán)境大氣垂直運(yùn)動(dòng)速度

4 結(jié)論

(1)風(fēng)廓線雷達(dá)在對(duì)降水天氣進(jìn)行探測(cè)時(shí)，能夠獲得整個(gè)降水過(guò)程大氣的演變情況，對(duì)降水的短臨預(yù)報(bào)提供了技術(shù)支持，對(duì)研究暴雨或極端降水事件也有著重要的意義。

(2)風(fēng)廓線雷達(dá)在降水天氣時(shí)探測(cè)到的降水云體返回信號(hào)包括環(huán)境大氣和降水粒子二者的綜合信息，在分別識(shí)別出環(huán)境大氣回波信號(hào)和降水粒子回波信號(hào)后，再對(duì)降水回波信號(hào)進(jìn)行訂正，進(jìn)而反演出比較準(zhǔn)確的雨滴譜分布和Z-I關(guān)系。

(3)由風(fēng)廓線雷達(dá)資料反演的雨滴譜分布能夠?yàn)榻邓愋偷姆诸愄峁┖芎玫囊罁?jù)。層狀云降水譜寬最小，對(duì)流云降水譜寬最大，混合云降水介于二者之間。

(4)在證實(shí)了由雨滴譜計(jì)算的降水強(qiáng)度I值的可靠性后，用兩部風(fēng)廓線雷達(dá)反演了6次降水的Z-I關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)系數(shù)A值會(huì)隨降水強(qiáng)度和降水時(shí)間不同而發(fā)生改變，b值雖然在同一地區(qū)變化不大，但大理和南京兩地的差異比較明顯。并且對(duì)降水云進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)得到的Z-I關(guān)系效果更好，A、b值以層狀云降水最小，對(duì)流云降水最大，混合云降水居中。

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Analysis of Precipitation Characteristics in Different RegionsBased on Wind Profile Radar Data

He Yuqin1, Huang Xingyou2and Sun Jihua3

(1.YunnanClimateCenter,Kunming650034,China; 2.KeyLaboratoryforAerosol-Cloud-PrecipitationofChinaMeteorologicalAdministration,NanjingUniversityofInformationScienceandTechnology,Nanjing210044,China; 3.YunnanProvinceInstituteofMeteorology,Kunming650034,China)

Towwindprofileradars(WPR)areusedtodetectsixrainfalleventsatNanjingandDali.ThereturnsignalswhichdetectedbyWPRincludeinformationaboutambientatmosphereandprecipitationparticles.TheraindropsizedistributionandZ-Irelationshipcanberetrievedbyreturnsignalofprecipitationparticles.Atmosphericverticalvelocitywhilerainfallcanbecalculatedbyreturnsignalofambientatmosphere.Theresultsshowsthat(1)RaindropsizedistributionretrievedbyWPRcanprovidethebasisforclassificationofprecipitationtype; (2)factorAinZ-Irelationshipchangesatdifferentstageanddifferentintensityofrainfall.Thoughlittlechangeinindexbwhileinthesamearea,significantdifferenceshappenbetweenDaliandNanjing; (3)throughouttheatmosphericprecipitationprocessdetectedbyWPRcanprovidetechnicalsupportforshort-impendingpredictionofprecipitation.Itmakessensetostudyofheavyrainsandextremeprecipitationevents.

windprofileradar;raindropsizedistribution; Z-Irelationship;precipitationtype

2014-11-19

2015-01-13

國(guó)家自然科學(xué)基金“蒼山-洱海區(qū)域局地環(huán)流特征及其對(duì)地氣通量影響的觀測(cè)研究”(41165001)；科技部公益性行業(yè)(氣象)科研專項(xiàng)“我國(guó)西南非絕熱加熱敏感區(qū)綜合觀測(cè)試驗(yàn)”(GYHY201006054)

何雨芩(1989-)，女，云南昆明人，助理工程師，主要從事農(nóng)業(yè)氣象研究和風(fēng)廓線雷達(dá)資料應(yīng)用研究. E-mail：xiaoqinzi_hyq@126.com

P4；X43

A

1000-811X(2015)03-0191-07

10.3969/j.issn.1000-811X.2015.03.035

何雨芩，黃興友，孫績(jī)?nèi)A. 基于風(fēng)廓線雷達(dá)資料的不同區(qū)域降水特征分析[J].災(zāi)害學(xué), 2015,30(3):191-197. [He Yuqin, Huang Xingyou and Sun Jihua. Analysis of Precipitation Characteristics in Different Regions based on Wind Profile Radar Data[J].Journal of Catastrophology, 2015,30(3)：191-197.]