Page 266 - 《高原气象》2025年第5期
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高     原      气     象                                 44 卷
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             （沈杭锋等， 2019； 毛程燕等， 2021； 李文娟等，                     们对其云系结构的认知仍有很大不确定性。为加
             2021； 杨晓军等， 2022； 陈双等， 2022）， 对中尺度                 强对华东地区中尺度对流系统宏微观特征的进一
             对流系统的云结构和微物理特征的研究相对较少。                             步了解， 本文利用GPM资料， 从中尺度对流系统的
                  飞机可通过机载云物理探测设备对云凝结核                           时空分布、 水平特征、 垂直结构等多个方面开展研
             数浓度、 云滴大小、 云滴浓度、 云滴增长机制等进                          究， 在对中尺度对流系统个例的水平和垂直结构特
             行探测分析（段婧等， 2019； 常祎等， 2021； 范雯露                    征进行分析时， 将中尺度对流系统的对流性降水区
             等， 2022； 张玉欣等， 2024）， 从而获得对云结构及                    与层云性降水区分开进行特征分析， 以期加深对华
             其微物理特征的客观认识， 但由于中尺度对流系统                            东地区中尺度对流系统云结构特征及其降水发生
             内部垂直气流旺盛， 一般很难通过飞机对其进行有                            发展过程的了解。
             效探测。也有部分学者利用雨滴谱仪（Hashimoto                         2  资料来源与方法介绍
             and Harimava， 2005； 王俊等， 2023）和摄像探空仪
             （Takahashi et al， 2001）等分析中尺度对流系统的微                2. 1 资料来源
             物理特征， 但缺乏对云系内部微物理特征的整体把                                GPM 是新一代全球降水探测卫星， 为非太阳
             握。遥感探测是研究中尺度对流系统云结构特征                              同步轨道， 于 2014 年 2 月发射升空。GPM 轨道倾
             的有效手段， 可分为地基遥感和卫星遥感。地基云                            角为 65°， 轨道周期约 93 min， 每日在 65°S -65°N
             遥感探测设备主要包括云高仪、 云雷达、 激光雷                            之间约有 16 条轨道， 搭载了全球首部星载双频降
             达、 微波辐射计等。云高仪和激光雷达具有较高的                            水测量雷达 DPR， 包含了 Ku 波段雷达和 Ka波段雷
             垂直空间分辨率， 对云底的识别与云边界的确定具                            达， 工作频率分别在 13. 6 GHz和 35. 5 GHz（马冰霞
             有优势； 云雷达具有很强穿透能力， 在云顶探测和                           等， 2023）， 是热带降雨观测卫星（Tropical Rainfall
             云 层 探 测 上 具 有 独 特 优 势（赵 传 峰 和 杨 以 坤 ，              Measuring Mission， TRMM）的升级替换， 各项探测
             2021）。相比于地基遥感， 卫星遥感具有大尺度、                          能 力 均 优 于 TRMM（刘 兆 晨 等 ， 2020； 魏 栋 等 ，
             多时次、 获取及时、 便利等优点， 广泛地应用于各                          2021）。GPM 提供三种级别的全球降水产品（详细
             种云微物理特征的反演（岳治国等， 2018）。星载降                         信息可参见 https： //gpm. nasa. gov/data）， 其中二级
             水雷达（Global Precipitation Measurement， GPM）搭        产品中的 2ADPR 数据水平分辨率为 5 km， 垂直分
             载的双波长测雨雷达（Dual frequency Precipitation             辨率为 125 m， 探测最大高度为 22 km， 可以提供扫
             Radar， DPR）在对流系统探测方面具有较大优势                         描时间、 地理位置、 回波顶高、 订正前后的反射率
             （魏栋等， 2021）， 被广泛应用于降水云系垂直结构                        因子、 降水类型、 雨强、 粒子谱等信息。降水类型
             的分析， 其探测不受地理环境的影响， 由于其探测                           使用 DFRm 方案划分为“对流性降水、 层云性降水、
             采用自上而下方式， 有利于获得对流云体上部的结                            其他降水”三种类型（Le and Chandrasekar， 2013），
             构信息（傅云飞， 2019）。国内也有学者利用 GPM                        其分类依据是， 降水扫描点检测到亮带且亮带附近
             对我国不同地区的对流系统开展了研究， 杜爽等                             的雷达回波小于 39 dBZ（对流性阈值）则为层云性
             （2020）对华南对流性、 层云性两类主要降水类型的                         降水； 大于 39 dBZ的为对流性降水； 此外的其他情
             垂直特征进行了统计分析， 指出二者的粒子快速增                            况被分类为其他降水（杜爽等， 2020）。雨强主要依
             长区域和导致强降水的物理机制不同； 李剑婕等                             据 Z-R 关系计算得出， 粒子谱参数包含质量加权平
             （2022）、 沈程锋等（2022）在分析四川及周边地区的                      均直径［mass-weighted diamerer， Dm （单位： mm）］
             降水结构特征时指出地形是导致降水的微物理过                              和广义截距参数［normalized DSD intercepts， Nw（单
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             程差异的原因之一； 马冰霞等（2023）探讨了青藏高                         位： m ·mm ）］两个参量。通过将标准化的 Gamma
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             原地区深厚强对流降水、 深厚弱对流降水及浅薄降                            分布公式代入已知的衰减订正后的有效反射率因子
             水三种不同类型降水云系的地理分布和垂直结构                              Ze 和 Ze ， 进而反演得到 Dm 和 Nw， 算法详见降水
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             特征。总体而言， 目前关于 GPM 的对流研究多数                          处理系统网（https： //pps. gsfc. nasa. gov/atbd. html）。
             集中于我国西部特别是四川盆地和青藏高原地区                                  GPM 的 PF（Precipitation  Feature）数 据 集 是
             （马 冰 霞 等 ，  2023；  蒲 学 敏 等 ，  2021；  袁 敏 等 ，       TRMM 卫星 PF 数据集的延续， 是以降水云个体
             2023； 谷艳茹和范广洲， 2021）， 在其他地区开展的                    （Radar  Precipitation  Feature，  RPF）为 单 位 的 数 据
             相对较少， 且云微物理特征的研究较少。                                集。该数据集包括 DPR 和 GMI（GPM Microwave
                  由于中尺度对流系统复杂的降水特征， 目前人                         Imager）降水量估计以及 DPR 波束内外雷达垂直结
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