云南一次冰雹天气的雨滴谱数据处理和分析
李 辰1，夏彬僖2
【摘 要】摘要：针对2016年7月10日云南的一次冰雹天气过程，利用OTT-Parsivel地面激光粒子谱仪观测资料进行数据处理，进行了冰雹粒子分布特征分析、瞬时雨强计算分析和雷达反射率因子计算分析。过程中存在较多直径接近5 mm、降落末速度大于5 m/s的粒子；通过雨滴谱仪计算的降水量与区域自动雨量站的降水量观测值随时间变化的总体趋势相似；通过雨滴谱仪计算的雷达反射率因子和降水强度有较强的对应关系，地面雨滴谱观测数据可以反映冰雹天气的发展过程。
【期刊名称】云南地理环境研究 【年(卷),期】2018(030)001 【总页数】8
【关键词】冰雹；雨滴谱；数据处理；特征分析
0 引言
云南地处低纬高原，是一个多种中小尺度天气系统的源地或上游地区，也是冰雹、大风等强对流天气系统的多发地区，加之云南特殊的山地气候有利于冰雹的生成和发展，使云南成为中国雹灾较为严重的地区之一。云南省冰雹的局地性、季节性十分明显，目前研究认为云南低海拔地区为春季多雹型，高海拔地区为夏季多雹型[1]。
雨滴谱DSD(Rain Drop Size Distribution)是指在单位体积内雨滴大小的分布。雨滴谱观测是云降水物理学研究的重要内容之一，通过对雨滴谱观测资料的分析，可以计算各种降水物理参量(如粒子数密度、雨水含量、雨强和雷达反射率
因子)以及雨滴对微波的衰减、建立雷达反射率因子和降水强度之间的经验关系[2]。研究雨滴谱的分布可以分析自然降水的物理结构及其演变规律，有利于云物理降水、人工影响天气等研究的深入开展。
本文选取云南省玉溪市江川县2016年7月10日的一次夏季冰雹天气过程的地面雨滴谱观测资料，对降雹过程的粒子谱分布进行处理，并结合自动雨量站资料对雨滴谱观测数据进行对比检验，分析了雨滴谱仪计算的雷达反射率因子和降水强度之间的对应关系。
1 资料与方法
本文使用资料由OTT-Parsivel激光粒子谱仪获取。OTT-Parsivel激光粒子谱仪是以激光为基础的新一代高级光学粒子测量器及气象传感器，仪器的基本原理是通过降水粒子对激光带遮挡造成的电压衰减来计算和测量降水粒子尺度和下降速度[3]。Parsivel能够测量最小直径0.062 5 mm，最大直径24.5 mm的降水粒子，根据非等距间隔共分为32个尺度通道。同时，Parsivel能够测量雨滴下落的最小末速度0.05 m·s-1，最大末速度20.8 m·s-1的降水粒子，根据不同速度间距分为32个速度通道[4]。使用激光粒子谱仪观测冰雹通常可以得到较理想的效果[5]。
本次研究使用的两台OTT-Parsivel激光粒子谱仪架设在江川县前卫镇、雄关乡的镇(乡)政府的房顶上，地理位置为(24.33° N，102.73° E、24.216° N，102.8° E)(与自动雨量观测站置于同一位置)。此次研究中，Parsivel仪器和自动气象站的取样时间均为60 s，采集了122个有效样本。由于Parsivel仪器在观测中，当多个降水粒子同时到达采样面时，容易产生重叠误差，产生直径偏大而速度很小或直径偏小而速度很大的数据记录[6]。因此，在处理数据的过程
中，对明显错误的数据进行了部分剔除。
2 宏观形势分析
此次冰雹天气实况为玉溪市江川县的前卫镇、雄关乡于7月10日15时20分和19时45分，分别发生了降雹，冰雹天气持续时间为5分钟。 2.1 形势场分析
7月10日500 hPa上8时云南省东部为高压外围，而孟湾北部低压影响了云南省西南部，所以云南省中部为西南气流和东南气流的辐合，到20时随着高压北移，孟湾低压东移发展，云南中部已是受低压外围气流影响了(图1a、b)，而10日700 hPa上8时云南省处于孟湾低压与高原到川西低压之间的高压区，但孟湾低压的西南气流对水汽输送有一定贡献的，到20时随着云南省东部高压减弱，孟湾低压和高原到川西低压加深，受低压外围西南气流控制，水汽输送进一步加强(图1b、c)。850 hPa上滇中受低压外围气流控制且随着时间变化低压加深(图1e、f)；温度场上来看两次降雹前后滇中低空温度较高均高于29 ℃(图2a、b)。综上所述滇中10日低空水汽条件较好，且低空气温较高有利于对流能量的积累。 2.2 大气层结稳定度分析
对流有效位能(CAPE)和沙氏指数(Showalter Index)对大气层结稳定度具有重要的表征意义，其中CAPE表示在自由对流高度之上，气块温度高于环境温度，气块因浮力作功而获得的能量，CAPE值为正表示具有对流不稳定，CAPE值越大，则CAPE能量释放后形成的上升气流强度越大越有利于湿空气的抬升，则形成冰雹的可能性越大；而SI反映的是大气条件性稳定度的一个指数，当SI<0时，大气层结不稳定，且负值越大，不稳定程度越大。
云南一次冰雹天气的雨滴谱数据处理和分析
