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为了对东北冷涡天气下的人工增雨作业和效果评估提供背景资料,采用GBPP-100型地面雨滴谱仪在辽宁对2002年7―8月和2003年7―8月几次冷涡降雨过程进行了观测。利用观测资料,分析了东北冷涡天气系统下层状云、积层混合云和积雨云降雨的微物理特征、各微物理参数随时间的变化以及各参量间的相关性。用Γ分布函数拟合了这三类云降雨的平均雨滴谱,分析了Γ分布函数中各拟合参数随时间的变化以及各拟合参数与雨滴各微物理参量间的相互关系。
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第 27卷 第 4期
2007年 8月
气 象 科 学
SCIENTIA M ETEOROLOGICA SINICA
Vo1.27,No.4
Aug.,2007
东北冷涡 天气 系统 的雨滴谱 特征
宫福 久 何 友 江 王 吉宏 杨 军
(1辽宁省人工影响天气办公室 ,沈阳 110016)(2南京信息工程大学 ,南京 210044)
摘 要 为了对东北冷 涡天气下的人工增 雨 作业和效 果评估 提 供背景资料 ,采用 GBPP-IO0型
地面雨滴谱仪在辽宁对 2002年 7—8月和 2003年 7—8月几次冷涡降雨过程 进行 了观测 。利用 观
测资料 ,分析 了东北冷涡 天 气系统下 层状云 、积层 混合云和积 雨 云降 雨 的微 物理 特征 、各 微 物理 参
数随时间的变化 以及各参量间的相 关性。用 r分布 函数 拟合 了这三类 云降雨的平均 雨滴 谱 ,分 析
了 r分布函数中各拟合参数随时间的变化以及各拟合参数与雨滴各微物理参量间的相互关系。
关键词 东北冷 涡 雨滴谱 微物理结构 r分布
分类 号 P481 文献标识 码 A
引 言
东北冷 涡是影响我 国东北地 区夏季降水 的 主要天气 系统 之一 ,它与东北 低压 、黄河气 旋 、江淮 气旋和渤
海 气旋 等地 面天 气系 统配 合可 产生 冰雹 、暴雨 和 大风 等天气 现象 _】 ]。东 北 冷涡 云 系是东北 地 区夏 季人 工 增
雨 作业 的 主要云 系 。雨滴 是云 雾过 程 的最终 产物 ,雨滴 谱带 有雨 滴形 成 过程 的各种 信 息 ,对雨滴 谱微 物理 结
构 及其 演变 特征 的研 究 ,对 人 工 影 响 天气 有 重 要 的 指 导 作 用 。我 国雨 滴 谱 的研 究 工 作 是 从 六 十 年 代 开 始
的l_3 ],特 别是 二 十世 纪 九 十 年 代 以来 ,由于 人 工 影 响 天 气 工 作 的 需 要 ,先 后 在 辽 宁_7 ]、黑 龙 江[10 11]和 河
南 _】 “ 等 地进行 了系统 的雨滴 谱 观测 和研究 工 作 ,取得 了一 系列 重 要 的研 究 成 果 。近年 来 辽 宁 省 夏 季旱 情
严 重 ,为 了增 强人 工增 雨作 业 的科学 性 ,提高 人工 增雨 作业 的效 果 ,2002年 和 2003年的 7—8月份 分 别在 辽
宁本溪 县小 市镇 和沈 阳市 用 PMS公 司 的 GBPP一100型地 面雨滴 谱仪 对东 北 冷涡 系统 的雨滴 谱进 行 了观 测 。
GBPP一100型地 面雨滴 谱仪 是利 用光 阵排 列 法 对雨 滴 谱 进行 全 谱 观 测 ,其 工作 原 理 在 以前 的工 作 中 已有 介
绍_7 。对 由雨滴 形变 产 生 的系 统误 差 ,用 Pruppacher等提 出 的雨 滴 订 正公 式 a(1.05—0.13la。) a。对
直径 超过 3 mm 的雨滴进 行 订正 ,式中 a代 表雨滴 的长半径 ,a。代 表相 应体 积 的圆球 水滴 半径 。由雨滴 重叠
产生 的系 统误 差 ,是 由仪 器 观测原 理所 致 ,目前 尚没有 较 好 的解 决 办法 ,本文将忽 略 这种误 差 的影 响 。
1 雨 滴 微物 理 结构
在观测过程中,GBPP-1O0雨滴谱仪连续采样 ,一次取样时 间视雨 强大小一般取 为 30 S或者 10 S,为了准确研
究雨滴谱在积雨云降水特别是暴雨过程中随时间的演变情况,取样 时间缩短为 5 S。在雨滴谱观测同时,还进行 了
卫星云图的接收、雷达观测以及云和天气现象观测 ,根据观测资料,可 以得到降水 云的类型。如表 1所示,共得到
15个层状云降水 日共 9 714个样本 ,l1个 积层混合云降水 日共 10 190个样本 ,5个积雨云降水 El共1 793个样 本。
表 2给出了三类云降雨的微物理结构特征。表中 N 为雨滴数密度 ,D1、D2、D3分别 为雨滴的平均直径 、均方根直
径和均立方根直径 ,Dm 为雨滴 平均最大直径 ,Q为雨滴平均含水量,R为平均雨强。由表 可以看出,层状云(St)降
水雨滴数密度最小 ,积层混合云(CS)次之 ,积雨云 (Cb)雨滴数密度最大 ;雨滴含水量和雨强也有 同样的规律 ,即
<Q <Q ,R <:R 。<:R曲积雨。这种三类 云不 同的雨滴特征与文献[7—9]的结果类 似 。值得注意的是 ,本溪小市镇
与沈阳观测结果差异较大。就雨滴数密度来说 ,沈阳市显著 大于本溪县郊 ,这 表 明城市气 溶胶粒子 影响到雨滴 数
密度。沈阳市工业、交通 、城建引起的污染远 比山区县郊的本溪小市镇严重 ,大量城市污染颗粒物随上升气 流进 入
收稿 日期 :2005—1卜23;修 改稿 日期 :2006—06—14
基金项 目:由 国家 自然科学基金项 目(编 号 :40375003) ̄ 国家 科 研 院 所 社 会 公 益 研 究 专 项 资 金 项 目(编号 :2001DIB10084)共同资助
第一作者简介:官福久(1950一),男,辽宁金县,副研究员 ,主要从事云 、降水物理和人工影响天气研究
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第
27
卷第
4
期
2007
年
8
月
气象科学
SCIENTIA
METEOROLOGICA
SINICA
Vol. 27 ,
No.4
Aug.
, 2007
引
东北冷涡天气系统的雨滴谱特征
宫福久
1
何友江
2
王吉宏
1
杨军
2
(1辽宁省人工影响天气办公室,沈阳
110016)
(2
南京信息工程大学,南京
210044)
摘 要
为了对东北冷涡天气下的人工增雨作业和效果评估提供背景资料,采用
GBPP-IOO
型
地面雨滴谱仪在辽宁对
2002
年
7-8
月和
2003
年
7
→
8
月几次冷涡降雨过程进行了观测。利用观
测资料,分析了东北冷涡天气系统下层状云、积层混合云和积雨云降雨的微物理特征、各微物理参
数随时间的变化以及各参量间的相关性。用
r
分布函数拟合了这三类云降雨的平均雨滴谱,分析
了
r
分布函数中各拟合参数随时间的变化以及各拟合参数与雨滴各微物理参量间的相互关系。
-晶
=
在司
关键词东北冷涡雨滴谱微物理结构
r
分布
分类号
P481
文献标识码
A
东北冷涡是影响我国东北地区夏季降水的主要天气系统之一,它与东北低压、黄河气旋、江淮气旋和渤
海气旋等地面天气系统配合可产生冰雹、暴雨和大风等天气现象[1-2
J
。东北冷涡云系是东北地区夏季人工增
雨作业的主要云系。雨滴是云雾过程的最终产物,雨滴谱带有雨滴形成过程的各种信息,对雨滴谱微物理结
构及其演变特征的研究,对人工影响天气有重要的指导作用。我国雨滴谱的研究工作是从六十年代开始
的
[3-6J
特别是二十世纪九十年代以来,由于人工影响天气工作的需要,先后在辽宁
C
叫、黑龙江
[IO-11J
和河
南
[12
时等地进行了系统的雨滴谱观测和研究工作,取得了一系列重要的研究成果。近年来辽宁省夏季旱情
严重,为了增强人工增雨作业的科学性,提高人工增雨作业的效果,
2002
年和
2003
年的
7-8
月份分别在辽
宁本溪县小市镇和沈阳市用
PMS
公司的
GBPP-100
型地面雨滴谱仪对东北冷涡系统的雨滴谱进行了观测。
GBPP-100
型地面雨滴谱仪是利用光阵排列法对雨滴谱进行全谱观测,其工作原理在以前的工作中已有介
绍
[7
叫。对由雨滴形变产生的系统误差,用
Pruppacher
等提出的雨滴订正公式
α
(1
.05
一
0.131α
。)
-1/3
仙。对
直径超过
3
mm
的雨滴进行订正,式中
α
代表雨滴的长半径,他代表相应体积的圆球水滴半径。由雨滴重叠
产生的系统误差,是由仪器观测原理所致,目前尚没有较好的解决办法,本文将忽略这种误差的影响。
1
雨滴微物理结构
在观测过程中,
GBPP-100
雨滴谱仪连续采样,一次取样时间视雨强大小一般取为
30
s
或者
10
s
,为了准确研
究雨滴谱在积雨云降水特别是暴雨过程中随时间的演变情况,取样时间缩短为
5
s
。在雨滴谱观测同时,还进行了
卫星云图的接收、雷达观测以及云和天气现象观测,根据观测资料,可以得到降水云的类型。如表
1
所示,共得到
15
个层状云降水日共
9714
个样本,
11
个积层棍合云降水日共
10
190
个样本,
5
个积雨云降水日共
1
793
个样本。
表
2
给出了三类云降雨的微物理结构特征。表中
N
为雨滴数密度,
DI
、
D
2
、
D3
分别为雨滴的平均直径、均方根直
径和均立方根直径,
Dmax
为雨滴平均最大直径,
Q
为雨滴平均含水量,
R
为平均雨强。由表可以看出,层状云
(St)
降
水雨滴数密度最小,积层混合云
(CS)
次之,积雨云
(Cb)
雨滴数密度最大;雨滴含水量和雨强也有同样的规律,即
Q
,
<Q.
<Qb
,
Rst
<R
cs
<R
cb
积雨。这种三类云不同的雨滴特征与文献
[7-9J
的结果类似。值得注意的是,本溪小市镇
与沈阳观测结果差异较大。就雨滴数密度来说,沈阳市显著大于本溪县郊,这表明城市气榕胶粒子影响到雨滴数
密度。沈阳市工业、交通、城建引起的污染远比山区县郊的本模小市镇严重,大量城市污染颗粒物随上升气流进入
收稿日期:
2005-11-23;
修改稿日期:
2006-06-14
基金项目:由国家自然科学基金项目(编号
:40375003)
和国家科研院所社会公益研究专项资金项目(编号:
2001DI
B1
0084)
共同资助
第-作者简介:宫福久(1
950-)
.男,辽宁金县,副研究员,主要从事云、降水物理和人工影响天气研究
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