四平地區(qū)一次強(qiáng)降水過程分析及雨滴譜特征分析

楊楠 鞏憲偉秦天柱馬洪波

(1.四平市氣象局，吉林 四平 136000；2.吉林省氣象局，吉林 長春 130000)

雨滴譜(Raindrop Size Distribution)指的是單位空間體積內(nèi)各種大小雨滴的數(shù)量隨其直徑的分布。雨滴譜觀測是云和降水物理觀測的重要內(nèi)容之一，在氣象、水文及相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域都有十分重要的應(yīng)用價值。研究雨滴譜可以了解降水的微物理結(jié)構(gòu)，如數(shù)濃度、含水量、譜分布及降水微結(jié)構(gòu)和演變特征、建立雷達(dá)反射率因子和降水強(qiáng)度之間的經(jīng)驗關(guān)系等。另外，雨滴譜的研究在雷達(dá)氣象，人工影響天氣，邊界層陸面過程，氣溶膠等諸多領(lǐng)域中也發(fā)揮著不可替代的作用。

降水的特征量主要包括降水量、降水強(qiáng)度、降水時數(shù)及其時空分布等宏觀量和降水粒子大小、形狀、速度、相態(tài)、構(gòu)成、譜分布等微觀量。陳寶君等[2]利用沈陽GBPP-100雨滴譜儀資料對3類降水云雨滴譜進(jìn)行M-P分布和Γ分布擬合。鄭嬌恒和陳寶君[3]對雨滴譜函數(shù)M-P分布和Gamma分布進(jìn)行了對比研究。

1 降水實況

2014年7月21日受副熱帶高壓北部切變影響，四平出現(xiàn)了大到暴雨天氣，此次過程呈現(xiàn)梯度大，強(qiáng)度大的特點，強(qiáng)降水主要集中在中東部，有6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)暴雨以上量級，其中最大降水量出現(xiàn)在石嶺子川心店，降水量為81mm，有27個鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)了大雨量級的降水。

2 天氣背景分析

分析2014年7月21日08:00高度場呈現(xiàn)兩槽一脊形勢，位于貝湖西側(cè)和鄂霍茨克海西側(cè)存在深厚的冷渦，并且冷渦在850hpa依然存在，副高588線已伸入吉林省中部地區(qū)，四平地區(qū)具有高溫高濕的環(huán)境背景。

2.1 水汽條件

從本次過程的比濕和水汽通量散度來看，2014年7月21日8:00比濕較大，四平地區(qū)達(dá)到12g/kg，四平東部比濕達(dá)到了16g/kg，從水汽通量散度來看20日8：00水汽通量散度梯度較大，四平中東部，最大可達(dá)-84g(s·cm2·hpa)。

2.2 動力條件

從700hpa垂直速度來看，四平地區(qū)中南部垂直速度最大，最大值可達(dá)-72×10-2pa/s。2014年7月21日08：00 850hpa散度中東部可達(dá)-48×10-6/s，200hpa散度小于-24×10-6/s，低層輻合，高層輻散，有利于上升運動的維持。

2.3 能量條件

從850hpa假相當(dāng)位溫來看，四平地區(qū)的假相當(dāng)位溫均大于60℃，中東部達(dá)到了72℃以上，能量條件充沛。

3 雨滴譜變化特征

利用雨滴譜觀測數(shù)據(jù)，計算降水參數(shù)，1min采樣間隔時間內(nèi)，落在雨滴譜儀器采樣面積上的各通道的雨滴數(shù)濃度 n(d)，根據(jù)下面的公式計算利用公式可計算每個樣本對應(yīng)的空間數(shù)濃度N(個/m3)、立方根直徑D3(單位：mm)、雨強(qiáng)I(單位：mm·h-1)、液態(tài)水含量Q(單位：mg·m-3)、雷達(dá)反射率因子Z(單位：mm6·m-3)等降水特征參量。

結(jié)合雨滴譜變化特征將此次降水分為2個階段，即對流降水階段和層狀云降水階段。通過雨滴譜數(shù)據(jù)根據(jù)公式計算得到對流性降水階段最大直徑達(dá)到6.56mm，瞬時最大也達(dá)到4.42mm，液態(tài)水含量Q達(dá)到25.5g/m3，雨強(qiáng)I為100.55mm/h，層狀云降水階段與之相比較降水參數(shù)均小于對流降水階段，分別為2.13mm，5.53g/m3和5.45mm/h。對流性階段的雨滴直徑分布寬度比層狀云降水階段譜寬要寬。原因是對流云要比層狀云發(fā)展旺盛，水滴碰并增長的條件更好。

4 結(jié)論

對四平2014年7月21日的強(qiáng)降水過程進(jìn)行過程分析，副高后部冷渦提供了高溫高濕的環(huán)境背景下發(fā)生了強(qiáng)降水天氣，利用四平觀測站雨滴譜數(shù)據(jù)計算降水參數(shù)分析雨滴譜變化特征，此次降水分為對流降水階段和層云降水階段，前者的譜參數(shù)均大于后者，這是由于對流云發(fā)展旺盛，有利于水滴充分的碰并增長。