Page 163 - 《高原气象》2025年第3期

3 期 王智敏等：基于GPM观测的山谷风对伊犁河谷地形降水的影响研究 721
及形状、 过山气流的运动、 湿空气热动力变化等的 行有效探测， 因此星载测雨雷达是观测该地区降水
共同影响（Zhang et al， 2018； 乌日柴胡等， 2019； 系统的唯一有效手段（Kumar et al， 2017； Zhang et
Morales et al， 2021）。湿空气在盛行风作用下经过 al， 2018； 沈程锋和李国平， 2022）。新一代全球降
山脉时， 受风场和地形抬升共同影响， 降水多发生 水 测 量 卫 星 GPM（Global Precipitation Measure‐
在山脉的迎风坡一侧， 导致山顶附近的降水增强 ment）上搭载的主动遥感测雨雷达 DPR（Dual-fre‐
（Alexander et al， 2017； Agel and Barlow， 2020； 刘 quency Precipitation Radar）可以实现降水系统的宏
艳霞等， 2024）。 微观结构三维观测， 这为研究该地区的降水系统提
山谷风对影响近地面的热动力条件、 大气环流 供了技术支撑。风场控制了水汽的输送和积累， 是
和降水数值模型优化等起着至关重要的作用（Ro‐ 降水研究的重要组成部分（Romatschke and Houze，
tunno and Houze， 2007； Akinsanola et al， 2020）。 2010； Rasmussen and Houze， 2011； 魏栋等， 2021）。
李嗣源等（2023）认为青藏高原东侧四川盆地和平 文中结合 GPM/DPR 资料和 ERA5 的近地表风场数
原的夜间降水峰值是受海拔较高的青藏高原与海 据， 识别了夏季伊犁河谷地形降水系统， 厘清了谷
拔较低的平原盆地构成的大尺度“山谷风”环流影 风和山风降水系统的宏微观特征差异， 揭示了山谷
响产生。Barros and Lang （2003）认为地形影响降水 风和地形对降水系统结构的影响， 探究了伊犁河谷
的最本质原因是地形与周围地区下垫面的不均匀 地区的降水机制， 为科学评估该地区人工增雨（雪）
受热， 造成山地与周围平原或盆地之间降水日变化 潜力奠定基础。
特征存在差异的主要影响机制可能是山谷风环流。 2 数据来源和方法介绍
Houze et al （2007）研究发现， 山谷风可能在触发降
水机制中发挥了重要作用。Panziera et al （2010）的 2. 1 降水系统识别
研究发现风速对降水强度的影响强于静力稳定度。 全球首部星载测雨雷达（GPM/DPR）由 Ku波段
Jing et al （2018， 2019）通过对美国西部地形降水分 （13. 6 GHz， KuPR）和 Ka 波段（35. 5 GHz， KaPR）
布特征分析得出， 影响降水分布的主要因素是低层 组成， 其中 KuPR 与 TRMM PR 相似， 识别降雨率
风速。 灵敏度为 0. 5 mm·h ， 在观测强降水方面更可靠，
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伊犁河谷位于天山西部， 境内地势起伏悬殊， KaPR 对弱降水（识别降雨率灵敏度为 0. 2 mm·h ）
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西风带湿润水汽受地形影响抬升凝结， 形成丰沛降 更灵敏， KuPR 的扫描方式为 Normal Scan（NS）， 观
水， 伊犁河谷是中亚干旱区降水量最丰富的地区， 测 幅 宽 约 245 km， KaPR 具 有 两 种 观 测 模 式 ：
被誉为“中亚湿岛”。前人对伊犁河谷地区降水特 Matched Scan（MS）和 High sensitivity Scan（HS）， 观
征、 影响系统和水汽来源等进行了大量研究 （Lu et 测幅宽约 125 km， DPR 的降水反演算法包含单频
al， 2023）。如 Li et al （2017） 认为伊犁河谷复杂的 和双频反演算法， 双频反演算法中包含有粒子谱产
地形造成了该地区受热动力驱动的山谷风及地形 品（Hamada and Takayabu， 2016）。为了获取更多的
汇聚作用等的影响， 造成该地降水时空分布极不均 降水系统宏微观信息， 文中选取了双频反演产品
匀， 平原地区年均降水量为 235~526 mm， 山区则 GPM 2ADPR开展相关研究。
集中在 600~800 mm， 伊犁河谷降水量远大于周边 文 中 使 用 了 2014 -2021 年 夏 季（6 -8 月）的
区域。Bothe et al （2012）指出天山地区的水汽主要 2ADPR降水产品， 其水平分辨率为5 km， 垂直范围
通过中纬度盛行西风从更高纬度地区输送而来。 分辨率为 250 m， 2ADPR 包含从 22 km 到地表的降
Li et al （2020）基于地面气象观测站点的观测资料 水三维结构信息， 主要提供了已衰减订正的雷达反
统计发现， 伊犁河谷地区夏季降水量和降水频率随 射 率 因 子（Z）、 近 地 表 降 水 率（R）、 雨 顶 高 度
地形抬升而增大， 降水峰值出现在傍晚至夜间， 地 （STH）、 质 量 加 权 平 均 直 径（D ）和 粒 子 数 浓 度
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面多为偏西风。 （dBN ）雨滴谱参数等。GPM/DPR 持续稳定运行多
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伊犁河谷呈向西的“喇叭口形状”， 特殊地形有 年， 测量数据经过与地基测雨雷达、 雨量计和二维
利于在山地迎风坡形成降水， 使该地区成为研究山 雨滴谱仪等进行了严格的内外部定标和交叉验证，
谷风和地形对降水影响的重要区域， 目前针对伊犁 均一性好， 可靠性高（Le and Chandrasekar， 2019）。
河谷地区的降水主要是利用地面气象站点资料开 降水系统（Rain Cell， RC）是自然界中降水的最
展研究， 由于气象观测站分布稀疏， 存在较大的观 基本存在形式（Fu et al， 2018）本文中， 我们使用国
测盲区， 难以对伊犁河谷复杂地形中的降水系统进 际上通用的连通域识别法， 将空间上连续的 2AD‐