一次高空槽降水過程的地面雨滴譜特征研究

摘要：本文通過對吉林省2014年7月5日一次降水性層狀云雨滴譜的連續觀測，分析了高空槽降水天氣過程中層狀云雨滴譜的特征量，并為進一步開發空中水資源、研究成云至雨的過程、探測云的宏微觀特征提供科學資料。

關鍵詞：層狀云;雨滴譜;微物理特征;空中水資源

中圖分類號： "P414.9 " " " " " " " " " " "文獻標識碼： "A " " " " " " " " " " DOI編號： " 10.14025/j.cnki.jlny.2015.22.089

近年來云物理工作者一直對云降水過程中雨滴譜特征進行研究，國內外針對雨滴譜的觀測分析已做了大量的工作。Mason等曾概括性論述了國外對雨滴譜的研究工作進展。我國在廬山、南岳、長白山等地相繼開展了層狀云的雨滴譜特征分析工作，給出了連續性降水雨滴譜的一些平均特征。廬山、南岳代表了南方連續性降水的情況，長白山的觀測僅代表了北方山地層狀云的降水情況。天山、天格爾峰（1963年6～8月）的觀測指出“雨滴譜的特征是隨地區、高度、地形及當時當地的具體條件的變化而有一定程度的差異”。1980年吉林省氣象科學研究所在吉林省對層狀云降水進行了連續3年的雨滴譜觀測，匯總了3萬多份雨滴譜資料，取得了很多研究成果。為了通過人工影響天氣技術對空中水資源進行進一步的開發，需要進行高空地面的立體探測。本文通過對一次層狀云降水雨滴譜的觀測與分析，給出了吉林省層狀云雨滴譜的一些平均特征，為更加細致地研究層狀云的物理特征提供了科學依據。

1 資料來源

吉林省人工降雨已有近60年的歷史，60年來除了正常的人工增雨作業以外，還進行云的微結構探測及研究，隨著高科技的發展，為了進一步對空中水資源開發進行相應研究工作，則需進行高空地面的立體探測，為此，2014年吉林省實驗區地面設計了200個雨強計和20個雨滴譜觀測站，（公主嶺、伊通和雙陽等地）在人工增雨作業期間，進行地面雨滴譜的觀測。這里分析的是2014年7月5日的一次人工增雨作業的綜合探測地面雨滴譜的觀測結果。

2 觀測結果分析

2.1 天氣形勢

2014年7月5日觀測到的天氣系統是減弱的臺風水汽結合高空槽天氣。從7月4日20時500百帕高空圖上可以觀測到，位于東北地區西部、副高位置偏東地區有一個持續的高空槽天氣系統，其西北部伴有一個熱帶氣旋，海上的水汽源源不斷地由南向北輸送。在高空槽逐漸向東移動過程中，槽后的暖空氣與冷空氣呈匯合趨勢。在850百帕高空圖上，在遼東半島地區可觀測到切變。至7月5日8時，熱帶氣旋環流與位于我省東南部的低壓系統合并，演變成了該地區的強降水天氣。

2.2 樣品的收集及資料處理

為了與國內外資料比較，采用染色濾紙色斑法進行雨滴譜觀測。平均每間隔5分鐘進行一次數據采樣，取樣面積為30×30=900mm2，暴露時間為10～30秒。在對雨滴譜資料進行讀數時，讀取取樣面積中間的20×25=500mm2，這樣可避免取樣的邊緣效應。受以上系統的影響，全省實驗區普降中到大雨，綜合探測飛機于6：43～10：17時飛行，8：38～8：57時進行作業，5：45～10：25時三站分別進行了雨滴譜的觀測，其中公主嶺取樣57份，伊通取樣50份，雙陽取樣52份。

2.3 雨滴譜平均濃度和譜寬

雨滴濃度是每立方米降水空間中雨滴數目，它是云內和云下宏觀微觀物理過程相互制約的產物，雨滴數目的多少、大小既反映了云中成云至于雨的條件，也反映了云下雨滴存在的條件，表1給出了這次過程三站雨滴平均濃度的變化范圍、雨滴平均濃度值和雨滴譜寬。

表1三站雨滴平均濃度的變化范圍、雨滴平均濃度值和雨滴譜寬

圖1 公主嶺、雙陽雨滴平均濃度隨雨滴直徑的變化趨勢

圖2 伊通雨滴平均濃度隨雨滴直徑的變化趨勢

圖1給出了公主嶺、雙陽站雨滴數濃度隨滴譜直徑的變化趨勢，圖2給出了伊通站雨滴數濃度隨滴譜直徑的變化趨勢，從圖中可以觀測到公主嶺、雙陽、伊通三站雨滴譜濃度的平均譜變化趨勢都是單峰指數趨勢，符合M-P滴譜變化趨勢，同時可以看出，公主嶺的平均濃度最小，雙陽的平均濃度次之，而伊通的平均濃度最大。

2.4 雨滴譜的特征量（D1. D1.D1.I.Z.W）

表2給出了三個站點觀測到的該次天氣過程的雨滴平均雨強、雨滴平均含水量、雨滴平均直徑、雨滴平均平方直徑、雨滴平均立方直徑與雷達反射因子反演值。

2.5 雨滴譜和雨強計雨強對比

每5分鐘可以獲取一份雨滴譜觀測資料，并計算出雨滴譜雨強I1。在給定的取樣時間內，可產生一組瞬時雨強。采用30分鐘的平均雨量為計算單位，隨時記錄雨量的多少得到雨量自記。

我們稱之為雨量自記雨強I2。雨強計是每產生0.1毫米的降雨便記錄一次數據，我們把它稱之為雨強計測量的雨強I3。圖3給出了I1、I2、I3隨時間的變化曲線，從圖中可見。

2.6 雨滴譜濃度的變化趨勢

該日綜合探測飛機起止時間為06：43～10：17，催化作業時間08：38～

08：57。我們對催化前與催化后的雨滴濃度進行了統計，圖4給出了催化前后的雨滴濃度的變化趨勢。從圖4中可以看出，降雨催化后雨滴濃度變小，從雨強隨時間的變化也可看出，雖然降雨過程雨強變化趨勢是減小的，但是以圖3明顯看出，經人工增雨催化后（08：57）該點雨強明顯增加，我們認為這是人工催化作用的結果。

3 結語

通過本文以上分析，可以看出該次天氣過程中三個站點觀測到的雨滴譜平均濃度分布都是單峰的指數譜，與M-P譜變化趨勢基本一致，且公主嶺的雨滴平均譜較小，雙陽的雨滴平均譜次之，伊通的雨滴平均譜最大，平均譜最寬。雨滴譜計算雨強和雨量自記雨強的變化趨勢基本一致。人工影響催化造成雨強增加。

參考文獻

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作者簡介：李旭，本科學歷，吉林省人工影響天氣辦公室，工程師，研究方向：人工影響天氣。