Page 260 - 《高原气象》2026年第2期

高 原 气 象 45 卷
560
谱仪观测到的 6 次降水过程进行试验， 根据新提出 本 研 究 主 要 涉 及 质 量 加 权 平 均 直 径 D （单 位 ：
m
的基于六、 七阶矩的双阶矩规范化雨滴谱反演算法 mm）、 雷达反射率因子 Z（单位： dBZ）、 规范化截距
-3
-1
（M6M7 法）与传统的基于三、 六阶矩的双阶矩规范 参数 N（单位： mm ·m ）、 液态水含量 LWC（单
w
化雨滴谱反演算法（M3M6 法）和约束性 Gamma 雨 位： g·m ）、 降水强度 R（单位： mm·h ）5 个表示降
-1
-3
滴谱模型反演算法（C-G 法）分别反演雨滴谱， 并将 水微物理特征的参量， 公式如下
反演的滴谱参量结果从总体效果、 不同降水强度、 ∞ D N ( D )dD
4
不同粒子大小三个角度进行比较分析， 以验证新方 D m = ∫ 0 = M 4 （3）
∞
3
法的优势。 ∫ D N ( D )dD M 3
0
2 观测设备及数据来源 N w = 4 4 10 W ) （4）
3
4
πρ w( D m
本文利用河源站双偏振雷达数据反演 DSD 数 6π ∞
3
R = v ( D ) D N ( D )dD （5）
据， 并以周围雨滴谱仪惠阳站、 增城站、 新丰站、 10 4 ∫ 0
翁源站和连平站采集的 DSD 数据作为“真值”进行 π ∞
LWC = ∫ D N ( D )dD （6）
3
评估。双偏振雷达和 5 个雨滴谱仪站点位置如图 1 6000 0
所示， 该图是基于中华人民共和国自然资源部地图 Z = M 6 （7）
∞
技术审查中心标准地图服务系统下载的审图号为
n
M n = N ( D) D dD （8）
∫
GS（2022）4312的标准地图制作， 底图无修改。 0
式中： DSD 以 N（D）（单位： mm ·m ）的形式书写；
-1
-3
M（单位： mm·m ）是 DSD 的第 n 阶矩； D 表示为
n
-3
n
m
DSD 4 阶矩和 3 阶矩的比值； Z 表示为 DSD 的 6
阶矩。
3. 2 约束性Gamma雨滴谱模型反演算法
约束性 Gamma 算法（C-G 法）参考的模型为
Gamma 模型， 其函数形式如公式（2）所示。该方法
将 μ 和 Λ 联系在一起， 从实际观测中拟合出 μ 和 Λ
的数值关系， 再由双偏振雷达测得的雷达参量 Z 、
DR
Z 进行计算， 得到雨滴谱的参数N 、 μ和Λ。
0
HH
假设 μ-Λ 关系固定， 具体参考 Liu et al（2018）
图1 雷达站和雨滴谱仪站分布
根据雨滴谱数据得到的μ-Λ关系：
Fig. 1 Distribution of the radar station and
2
Λ = 0.0241μ + 0.867μ + 2.453 （9）
disdrometer stations
Z 表示为
DR
本研究选取了 2022年 5月 10 -13日与 6月 7 -9 ( Z VV)
日期间的 6 次降水过程， 其中每个过程有效数据量 Z DR = 10 ⋅ lg Z HH （10）
分别为 3160、 2072、 1428、 1531、 656、 2002， 有效 4λ 4 D max
D
2
D
数据总量为 10849。站点 Z 平均值在 23~38 dBZ 之 Z HH = π |K W | 2 ∫ D min | f HH( )| N ( ) dD （11）
4
H
-1
间， 均值为 30. 6 dBZ， R 平均值在 1~19 mm·h 之
式中： λ（单位： cm）是雷达波长； K 是水的介电常
w
间， 均值为 6. 8 mm·h 。Z 和 R 最大值出现在第六 数； f （单位： mm）是雨滴在水平偏振下的后向
-1
H
-1
次降水过程的增城站， 分别为58 dBZ和186 mm·h 。 HH， VV
散射幅度。由公式（2）、 （10）、 （11）可得：
具 体 降 水 信 息 如 表 1 所 示 ， 文 中 所 用 时 间 为 北
æ D max ö
)
2
D
μ
京时。 ç ç ç ç ∫ |f HH( )| D exp(-ΛD dD ÷ ÷ ÷ ÷
Z DR =10· lg ç ç D min ÷ ÷ =f 1 ( μ，Λ)
)
3 雨滴谱参量及反演方法 ç ç ç ç ∫ D max |f VV( )| D exp(-ΛD dD ÷ ÷ ÷ ÷
2
D
μ
è D min ø
3. 1 降水微物理参量 （12）
降水微物理参量反映了一次降水的性质和变 由此，可知 Z 仅与 μ 和 Λ 有关， 由拟合 μ-Λ 数值关
DR
化特征， 主要包括粒子直径、 数密度、 含水量等。 系和测量的Z ， 可得到μ和Λ。
DR