Page 160 - 《高原气象》2022年第5期

5 期 左园园等：一次高原涡过境的不同云-降水垂直结构和特征研究 1253
使用以下资料： 2001）。Shupe et al（2008）利用该方法反演了北极层
（1）2015 年 8 月 13-14 日欧洲中期天气预报中 积云的大气垂直速度，并将结果与飞机资料进行对
心 ERA-Interim 大气再分析资料，空间分辨率为 比，Zheng et al（2017）利用该方法反演了高原对流
0. 75°×0. 75°，时间分辨率为 6 h，包括的气象要素 云内的大气垂直速度并进行了检验，结果都表明该
有 500 hPa 位势高度和风场。利用气压场、相对涡 方法具有较好的可靠性。利用小粒子示踪法反演
度、水汽通量散度资料分析了此次天气过程的强 出V 后，可根据式（1）进一步得到V 。
A
T
度、位置、移动路径以及水汽和动力条件。 （2）谱偏度 S 和谱峰度 K 计算：目前雷达多普
K
T
（2）那曲 C 波段多普勒天气雷达，是中国气象 勒信号谱的偏度 S 和谱峰度 K 在国内外使用得还
T
K
局新一代天气雷达网中的一员，能够测量以那曲半 较少，S 和 K 物理意义反映的是云雨信号分布的对
K
T
径为 150 km 范围内的降水回波信息，包括反射率 称性和陡缓程度。一般而言，对纯云区或雨区，S K
因子、径向速度和谱宽等信息，其中利用反射率因 和 K 一般接近零值，即信号谱满足高斯分布；但当
T
子资料计算得到最大反射率来分析高原涡云-降水 云发展成降水或粒子有相态变化时，S 和 K 会逐渐
T
K
的发展演变和宏观结构特征。 出现偏离零的情况，因此它们是表征云雨转化和相
（3）FY-2E卫星相当黑体亮温（TBB）资料，空间 态变化非常实用的指标。如 Kollias et al（2011a，
分辨率为 5 km，时间分辨率为 1 h。利用 TBB 资料 2011b）研究表明，毫米波雷达探测的 S 和 K 对探
T
K
分析了高原涡云团的活动情况。 测毛毛雨的形成十分敏感，当云滴初始转化为毛毛
（4）文中涉及的地图是基于国家测绘地理信息 雨时，S 和 K 开始增大为正值；而随着毛毛雨含量
K
T
局标准地图服务网站下载的审图号为 GS（2019） 增多至主导时，又逐渐减小直至负值；最后只含雨
1822号的中国地图制作，底图无修改。 滴时，又回到零值附近。S 和K 的计算公式为：
K
T
Vr
2. 2 云-降水微物理参数的反演和计算 ∑( i - V M ) 3 × ( P i - P N )
为了更直观地分析云-降水内部的动力和微物 S K = i = Vl Vr （2）
3
理特征，本文还利用 Ka-MMCR 的 SP 资料反演了 σ v × ∑ ( P i - P N )
i = Vl
-1
粒子平均下落末速度 V（单位：m·s ）和大气垂直 ∑( ) 4
Vr
T
-1
速度 V（单位：m·s ），并计算了 SP 的偏度 S 和峰 K T = i = Vl i - V M × ( P i - P N ) - 3 （3）
K
A
Vr
度 K ；基于 OTT2 观测的雨滴谱，进一步求取了其 σ v × ∑ ( P i - P N )
4
T
他降水相关的物理量。方法描述如下： i = Vl
（1）V 和 V 反演：Ka-MMCR 垂直探测时获取 （3）地面降水物理量计算：利用 OTT2 观测的
T
A
的V 实际上是V 和V 的总和： 地面雨滴谱，进一步利用以下公式计算出雨滴总数
M
A
T
-1
-3
（1） 浓度 N（单位：m ）、降水强度 R（单位：mm·h ）、
T
V M = V T + V A
-3
式中：V 代表雷达探测体积内粒子群在静止空气条 含水量 W（单位：g·m ）、质量加权平均直径 D（单
m
T
-3
-1
件下的平均下落末速度，V 越大表明粒子平均尺寸 位：mm）和广义截距参数N （单位：m ·mm ）。
W
T
(
32
越大；V 代表大气垂直运动速度，正值表明有上升 N D i) ∑ n ij （4）
=
A
气流，负值则对应下沉气流。因此 V 和 V 比 V 能 j = 1 A i ∙∆t∙V j ∙∆D i
M
T
A
32 32
更直接反映云内动力和水凝物大小的情况。 N T = ∑∑ n ij （5）
V 和 V 的反演方法采用小粒子示踪法，即利用 i = 1 j = 1 32 A i ∙∆t∙V j
T
A
32
雷达 SP 资料，通过对 SP 资料进行噪声电平计算和 R = 6π 3 n ij （6）
10 4∑∑ D i A i ∙∆t
i = 1 j = 1
云信号识别提取后，将谱中对应最左端信号的多普 π 32 32
n ij
勒速度作为大气垂直运动的速度，方法详细步骤见 W = 6000 ∙ρ w ∙∑∑ D i 3 A i ∙∆t∙V j （7）
Zheng et al（2017）。小粒子示踪法的基本原理是： 32 i = 1 j = 1
4
对于高灵敏度毫米波雷达，它能够观测到云内很小 ∑ N ( D i )D i ∆D i
D m = i = 1 （8）
尺寸的粒子并获取多普勒信号，其中最小尺寸粒子 32
3
∑ N ( D i )D i ∆D i
的下落末速度通常相对于大气垂直运动要弱得多， i = 1
3
因此可忽略其自身下落末速度而被作为大气垂直 4 4 10 W )
N w = （9）
运 动 的 示 踪 物 （Gossard，1994；Kollias et al， πρ w( D m 4