Page 170 - 《高原气象》2022年第6期

6 期 沈程锋等：基于GPM资料的四川盆地及周边地区夏季地形降水垂直结构研究 1533
er and Lutz，1994；Pruppacher and Klett，2010； 结构，其包含两个降水雷达，分别是Ka波段降水雷
Chang et al，2015）。而地形对降水和云垂直结构的 达（Ka-band Precipitation Radar，KaPR）和 Ku 波段
影响十分重要，地形通过其热力和动力作用影响大 降 水 雷 达（Ku-band Precipitation Radar，KuPR）。
气环流，从而显著影响降水系统的形成和发展（Wu DPR 共分为 3 种天线扫描方式：KuPR 的扫描模式
et al，2007；Boos and Kuang，2010；Zhang et al， （Normal Scan，NS），KaPR 同步 KuPR 波速的匹配
2018）。 模 式（Matched Scan，MS），KaPR 的 高 精 度 扫 描
以往，由于地面观测资料稀缺，对山地降水的 （High-Sensitivity Scan，HS）。Ku_NS 扫描宽度为
研究比较困难。同时，天气雷达在山区的探测也会 245 m，星下点垂直分辨率为250 m；Ka_MS扫描宽
受到地形的限制（Wen et al，2016）。GPM（Global 度为 120 m，垂直分辨率为 250 m；Ka_HS扫描宽度
Precipitation Measurement）是 TRMM 的后续卫星降 为120 m，垂直分辨率为500 m。
水计划，是由美国国家航空航天局 NASA（National Liao et al（2019）对 GPM 双 频 联 合 反 演 产 品
Aeronautics and Space Administration）和日本航空航 DPR的降雨剖面检索算法进行物理评估，证明 DPR
天 与 探 索 局 JAXA（Japan Aerospace Exploration 双波长算法通常可以提供准确的降雨率。金晓龙
Agency）合作发起的全球降雨观测计划。其载有由 等（2016）评估了卫星降水产品 GPM 在天山山区的
日本 JAXA 和 NICT（National Institute of Communi‐ 适用性，结果表明GPM在山区的精度最高，能够以
cation Technology）联合设计，NEC 东芝航天系统公 较准确的精度和较低的误差估测降水系统。卢美
司建造的全球首个星载双频降水雷达 DPR（Dual- 圻（2017）使用 GPM 的 DPR 资料，对台风“彩虹”进
frequency Precipitation Radar，DPR），比 TRMM 单 行降水回波结构分析，证明了DPR数据质量的可靠
频 PR 具有更高灵敏度以及更广覆盖范围，可提供 性。张奡祺等（2019）通过个例和统计分析揭示，
更精确的降水微观结构信息，同时精度也比TRMM GPM_DPR双频反演产品 DPR_MS对强降水和弱降
有所提高（ Hou et al，2014；刘兆晨等，2021）。卫 水结构的揭示能力都较强。Lasser et al（2019）将
星测雨雷达探测不受地理环境的影响，可以对远海 GPM 双频降水雷达 DPR 测量的降水观测数据与地
或洋面、高原或山区这类地基测雨雷达难以布放区 面 气 象 站 的 降 水 观 测 数 据 进 行 比 对 ，表 明
域的暴雨云团进行监测，可有效弥补地基测雨雷达 GPM_DPR 的降水观测数据与地面气象站的测量数
的不足。此外，暴雨云中大粒子常常位于云体的中 据基本吻合。Sun et al（2020）在中国的长江-淮河
下层，因此卫星测雨雷达自上而下探测，在暴雨云 流域将 GPM_DPR 数据与 Parsivel 激光雨滴谱仪的
体的上部雷达波受到的衰减较地基测雨雷达的小， 测量结果进行比对，发现其测量结果相似，平均值
有利于获得暴雨云体上部的结构信息（傅云飞， 偏差相对较小，偏度值接近零，证明具有良好的一
2019）。 致性。以上的对比评估工作都表明 GPM_DPR观测
本文利用 GPM DPR 数据产品，对四川盆地及 数据具有很高的可靠性。目前已有学者将 GPM 卫
周边的不同地形下两类（层云和对流性）降水的雷 星资料运用到了相关研究中（赵震，2019；魏栋等，
达反射率因子及降水雨滴谱的垂直结构进行统计 2021）。
分析，期望得出四川山地降水的垂直结构特征，这 本文所用资料为 GPM V06A 版本的 level 2 双
将有助于进一步理解山地地形对降水结构和内部 频联合反演产品 2A. DPR_NS 在 2014-2021 年 5-9
微物理过程的影响，对深化山地强降水机制的科学 月时间段内的轨道级资料。2A DPR 数据可提供详
认知具有重要的意义。 尽的逐轨道降水信息，包含雷达反射率因子，雨滴
粒 子 谱（Drop Size Distribution，DSD），雨 顶 高
2 研究区域、 资料与方法
（Storm Top Altitude，STA），冻结层高度（Freezing
GPM 的轨道覆盖范围为 65°S-65°N，飞行高 Height，FzH），降水率（Rain Rate，rr）等多种变量。
度为 407 m，绕地球飞行一周用时约为 93 min，每 本文研究区域为四川盆地及其周边地区（99°E-
天绕地球约有 16 条轨道。GPM 主卫星上搭载了全 109°E，27°N -33°N）。 利 用 美 国 地 球 物 理 中 心
球首部星载双频降水测量雷达（Dual-frequency Pre‐ （NGDC）发布的 ETOPO1 高程资料（空间分辨率为
cipitation Radar，DPR），DPR 工作于 13. 6G Hz 的 1 分，约为 1. 85 km）。范建容等（2015）研究认为地
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Ku波段和 35. 5 GHz的 Ka波段，其星下点水平分辨 形起伏度最佳统计单元为 9. 92 km ，由于受到 ET‐
率约为 5 km，可探测地表至 22 km 高度的降水三维 OPO1 资料分辨率的限制，本文的地形起伏度统计