利用激光雨滴谱仪对一次雨转雪过程分析

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1、利用激光雨滴谱仪对一次雨转雪过程分析　　摘要不同相态降水粒子的地面雨滴谱具有不同特征。本文利用HSC-PS32激光雨滴谱仪和人工加密观测资料对2014年11月30日发生在沈阳的一次雨转雪天气过程进行了初步的分析，研究了降水相态转换时，其雨滴谱特征的演变。结果表明：受蒙古气旋影响，该过程经历了不同的降水相态，包括雨、雨夹雪和雪。这3种降水相态对应着不同的滴谱特征。具体表现为降雨阶段，粒径小、谱宽较小；雨夹雪阶段，谱宽增大；而降雪阶段，粒子直径大、维持较宽谱宽。不同降水相态的平均雨滴谱相对较近，经历了单峰到波动的演化过程。从波峰对应的粒子直径的角度来看，雨小于雨夹雪，雨夹雪小于雪。降雨阶段粒子

2、数浓度最大，降雪阶段粒子谱宽最大。　　关键词降水相态；激光雨滴谱仪；地面雨滴谱　　中图分类号P458文献标识码A文章编号1007-5739（2016）04-0219-037　　雨滴谱是指在单位体积内雨滴大小的分布[1]。雨滴谱对降水过程科学研究，天气雷达地面降水校准，人工增雨、防雹作业检验等方面都具有重要意义[2-5]。雨滴谱观测方式方法和观测仪器在不断变化发展。传统观测方法有动力学方法、斑迹法、面粉球法、照相法和浸润法；观测仪器有冲击型雨滴谱仪、光学雨滴谱仪、声学雨滴谱仪[2-3]，这为雨滴谱的研究提供了更加多样化的方式。本文利用HSC-PS32激光雨滴谱仪对沈阳一次雨转雪天气过程进行了

3、诊断分析，配合人工加密观测资料，研究了降水相态转换时其雨滴谱特征的演变。　　1观测仪器　　HSC-PS32激光雨滴谱仪采用Parsivel2雨滴谱传感器。雨滴谱传感器由一对带状激光发射和接收传感器组成，激光发射装置可以产生一束水平激光，接收传感器可以将光信号转换成电子信号。在测量区域，当粒子穿过光束时，信号会改变。明暗程度，反映了空气中粒子大小，根据信号的持续时间计算出粒子下降速率。Parsivel2采用现代激光技术的光学遥测系统，测量的基本参数为粒径和速度，对通过激光带的粒子进行分级和统计。其粒子的直径从0.2mm到25mm分成32个通道，粒子速度从0.2m/s到20m/s分成32个通道

4、，因此总的类别就是1024种[5]（表1）。由此推导出粒径分布、降水量、能见度、降水动能和降水类型等。　　2天气实况　　受蒙古气旋影响，2014年11月30日沈阳地区出现一次雨转雪天气过程，沈阳地区降水于8：00开始，20：00结束，过程降水量5.4mm，降水主要集中在沈阳市区（图1）。　　冷空气南下，由北至南逐渐转雪。沈阳市区共有3个国家站，由北向南分别为沈北新区（站号54248）、浑南（站号54342）、苏家屯（站号54340）。根据人工加密观测资料发现，转雪时间分别为12：27、13：10、13：26。证明此次过程是自北向南发生相态转换，由雨逐渐转为雪。　　从小时降水量可以看出，雨雪

5、相态发生转换时（12：00―13：00），小时降水量最大。其中浑南小时降水量最大达1.67mm，降水强度较小（表2）。　　3资料选取　　目前，沈阳城区有5台HSC-PS32激光雨滴谱仪。根据配备有激光雨滴谱仪的站点的位置分布，选取离浑南（54342）观测站最近的南昌中学站点进行重点分析。南昌中学站点（123.37°E，41.54°N）位于浑南站点（123.31°E，41.44°N）的西北部，直线距离12.2km；位于沈北新区站点（123.32°E，42.02°N）的南部，直线距离53.6km。南昌中学站点位于浑南（54342）观测站和沈北新区（54248）观测站点中间，偏近浑南观测站。由于

6、此次过程由北向南发生相态转换，因此南昌中学发生相态转换的时间范围，在12：27―13：10之间。HSC-PS32激光雨滴谱仪每分钟采样1次，选取最短采样周期1min。采样初始时间为8：00，结束时间为20：00。激光雨滴谱仪探测过程降水量为4.79mm，接近国家站降水量。每分钟粒子个数随时间变化出现3个波峰（图2），最大每分钟粒子个数出现在17：43，为1081。降水强度随时间变化形状与粒子个数相近，为3个波峰，最大降水强度出现在13：47，为16.5mm/h。但二者波峰出现时间不同，因粒子直径、数密度不同，因此对降水强度贡献不同[6]。南昌中学站降水过程可分为3段，根据之前推论可判断中间

7、段11：17―14：02应出现降水相态转换，故下面主要针对该时段降水进行研究。　　4结果分析　　根据HSC-PS32激光雨滴谱仪数据库中每分钟天气现象，可判断11：17―12：37为雨，12：38―13：08为雨夹雪，13：09―714：02为雪（图3）。其中将冻雨天气现象算作雨夹雪，并将较为分散的12：25、13：15、13：27的3个时次雨夹雪天气现象分别算作雨、雪、雪。占每分钟粒子总数最多的直径通道主要有3～8通道