固态和液态降水粒子谱的微观特征分析

【作者】 贾星灿； 高扬； 马新成； 田平； 毕凯；

【机构】 北京市人工影响天气办公室；

【摘要】 1引言降水作为全球水循环的重要组成部分,对于了解全球气候以及预测由人类活动排放温室气体和气溶胶而引起的气候变化有重要意义。半个世纪以来,我国在雨滴谱特征研究方面做了大量工作,但是由于固态降水粒子形态多样,涉及的云微物理过程复杂,针对固态降水粒子谱特性进行的研究还较缺乏。因此对于固态降水粒子的深入研究有利于改进模式对于降水量的预报、优化降水过程的参数化方案、提高雷达、卫星遥感反演降水精度。2实验介绍利用PARSIVEL粒子谱仪对2015年冬季的北京海坨山固态降水粒子和2007年夏季的宁夏固原液态降水(层状云和对流云降水)分别进行观测,获得了固态和液态降水的粒子谱和下落速度数据,并对比分析了固态和液态降水的微物理特征。3结果与讨论3.1三种降水的粒子谱总特征层状云降水雨滴谱较窄,最大滴直径为3.8mm,其降水往往有较多的小滴;而对流云降水雨滴谱较宽,其最大雨滴直径能达到7.6mm;固态降水粒子谱最宽,最大粒子直径为15 mm。固态降水粒子的平均总数浓度大于液态降水粒子谱,且固态降水在3-8 mm阶段的粒子数浓度明显大于液态降水的粒子浓度。3.2固态降水的粒子谱随降水强度变化固态降水粒子,随着降水强度的增大,滴谱有明显的外扩现象,即粒子数浓度和最大滴直径均增加。当降水强度大于4 mm h-1时,小粒子(D<1mm)数浓度骤减,而直径2<D≤7mm的粒子显著增强,进而导致降水强度的增大。3.3三种降水的下落末速度与形态特征层状云降水雨滴的落速主要集中在2-4m/s范围内,其数浓度中心值大于40个/m3;对流云降水雨滴的速度则主要集中在4-6m/s的范围内,数浓度中心值小于12个/m3,各档直径和速度的数浓度分布较层状云均匀;固态降水粒子的速度较液态降水明显小,速度则主要集中在0-2 m/s的范围内,数浓度中心值最大大于50个/m3,且速度分布交液态降水粒子更为复杂。固态粒子谱的分布同样具有沿理论下落末速度两侧分布的特征,但是下落速度分布的散度较液态降水更大。由下落速度的分布特征可以判断,直径小于2 mm的固态降水粒子以粒霰为主,随着粒子直径的增大,块状雪花、六角状雪花、密淞辐枝雪花等形态粒子逐渐增多,特别是直径大于8 mm后,雪花明显增多,而霰粒几乎没有。更多还原