Page 118 - 《高原气象》2025年第5期
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高     原      气     象                                 44 卷
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             （Cloud Combination Probe， CCP）， 采样探头包括：            D max 分别表示 CDP 或 CIP 探头最小档位和最大档位
             云粒子探头（Cloud Droplet Probe， CDP）、 云粒子图              的中值直径（单位： μm）； D 表示每个档位的中值直
             像探头（Cloud Imaging Probe， CIP）和热线含水量仪               径（单位： μm）； n（D）表示数浓度分布函数（单位：
                                                                  -3
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             探头（Hotwire Liquid Water Content Sensor， Hotwire    cm ·μm ）。本文用 CDP-MVD（单位： μm）表示
             LWC）， 各探头采样分辨率均为1 s。                               CDP计算的中值体积直径。
                  CDP 用于测量直径范围为 2~50 μm 的云滴粒                    2. 3 液态水含量的计算
             子， 共分为 30 档， 1~12 档分辨率为 1 μm， 13~30 档                  Hotwire LWC 探头广泛应用于液态水含量的测
             分辨率为 2 μm。CDP 的激光采样区位于配置有防                         量， 但其对于小于 5 μm 的粒子测量存在不确定性，
             破碎尖端的机械臂之间， 冰晶粒子的破碎不会显著                            对大于 40 μm 的云滴也不能完全响应， 在混合相云
             影响 CDP 对云粒子尺寸分布的测量（Faber et al，                    中， 冰晶粒子也会造成一定的测量偏差（Lance et
             2018）。CIP用于测量大云滴和冰晶粒子， 测量范围                        al， 2010； Hou et al， 2021）。在本次飞行程中， 飞机
             为 25~1550 μm， 共 分 为 62 档 ， 分 辨 率 为 25 μm。          上的仪器工程师对Hotwire LWC探头进行了严格的
             CIP 机械臂前缘配置有碟形的尖端和锐化处理的前                           晴空校准工作， 但由于 Hotwire LWC 探头在飞行过
             缘， 能有效防止大冰晶粒子撞击机械臂飞溅， 降低                           程中的部分时段出现了积冰， 导致云滴收集量减
             测量误差（Korolev et al， 2013）。Hotwire LWC 用来           少， 液态水含量的测量值偏小。
             测量云中液态水含量， 但在飞机入云和出云后需要                                CDP 测量的粒子谱分布可用于计算云滴粒子
             在机载软件上进行晴空校准。大气温度、 空速和经                            液态水含量， 但 CDP 难以区分小冰晶粒子和云滴，
             纬度数据由飞机本身搭载的传感器测量。为测量                              在混合相态云中， 可能造成 LWC 计算误差（王黎俊
             积冰的厚度， 在飞机的机翼前缘加装了测量标尺                             等， 2013； 蔡兆鑫等， 2021； Hou et al， 2021）。此次
             ［图 4（c）］。在飞行观测前， 对相关观测设备均进行                        飞行观测的 CIP 粒子图像表明， 采样云区主要由
             了地面标校， 各设备参数见表1。                                   50 μm以下的小云滴构成， 不存在明显的冰晶结构。
                                                                因此， 本文忽略了冰晶粒子可能造成的CDP观测误
                           表1  机载测量设备功能
                                                                                            -3
                                                                差， 并用 CDP-LWC（单位： g·m ）表示 CDP 计算的
                  Table 1  Overview of the airborne instruments
                                                                粒径为 3~50 μm粒子的液态水含量。从飞机第一次
                仪器名称        设备功能        测量范围       分辨率
                                                                入云观测期间 CDP-LWC 和 Hotwire LWC 的对比分
                 CDP      测量云滴粒子        2~50 μm  1~12档： 1 μm，
                                                                析可见（图 1）， CDP-LWC和 Hotwire LWC的一致性
                                                13~30档： 2 μm
                                                                较好， 相关系数达到 0. 83。因此， 本文后续的液态
                 CIP     测量大云滴、 冰晶     25~1550 μm   25 μm
                                                                水含量分析均采用CDP-LWC。
              Hotwire LWC  测量液态水        0~3 g·m -3   -
                                                                    飞机积冰主要由过冷水云造成， 因此需要筛选
                 标尺       测量积冰厚度       0~8. 89 cm    -
                                       （3. 5英寸）
                高清相机        拍摄影像          -          -
                 -表示无数据（- indicates on data）
             2. 2 中值体积直径计算

                  CDP 和 CIP 可以测量云粒子浓度和尺寸分布。
             为保障数据可靠性， 本文剔除了 CDP 第一档观测
             值， 即分析 2~30 档的数据； 为减少景深带来的误
             差， 剔除了 CIP 的第一档数据， 即分析 2~62 档的数
             据。总粒子数浓度N可通过对CDP和CIP每个档位
             的数浓度求和获取， 本文用 CDP-N（单位： cm ）和
                                                       -3
                             -3
             CIP-N（单位： cm ）分别表示 CDP 和 CIP 测量的总
             粒子数浓度。中值体积直径的计算满足式（1）：                                    图1 CDP-LWC和Hotwire LWC的比较
                       MVD             D max                                    黑线代表最佳拟合线
                                           3
                           3
                                              D
                     ∫   D n( D) dD =  ∫  D n( ) dD     （1）
                       D min           MVD                        Fig. 1 Comparison of the CDP-LWC and Hotwire LWC.
             式中： MVD 表示中值体积直径（单位： μm）； D 和                               The black line is the linear best fit line
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