興安盟一次暴雨過程的雨滴譜特征分析

閆文輝

利用興安盟索倫氣象站內(nèi)地面觀測翻斗雨量計和ZBT-LR-01激光雨滴譜儀采集數(shù)據(jù)，同時結(jié)合高空探測和天氣雷達資料，分析2017年8月3日暴雨過程的雨滴譜特征。分析顯示：低空急流輸送的水汽配合高空西風槽和切變線的共同作用，為本次降水提供了有利條件;雨強、雷達反射率因子、粒子個數(shù)和直徑都有很好的對應關(guān)系，隨時間的變化趨勢是相似的;粒徑1.5-1.75mm的雨滴是雨量、雨強和雷達反射率因子的主要貢獻者，但粒徑>2mm的雨滴對雨量和雨強的貢獻率比對總個數(shù)的貢獻率大近5倍。

2017年興安盟出現(xiàn)了歷年少見的春夏連旱，導致土壤干裂，地質(zhì)脆弱，突遇暴雨，極易發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)，出現(xiàn)泥石流、滑坡等地質(zhì)災害，對人民生命財產(chǎn)造成重大損失，防災減災對氣象工作提出了更高要求。隨著氣象科技的發(fā)展，針對暴雨的分析和研究逐漸擴展深入?？祶沟热送ㄟ^衛(wèi)星云圖特征對四川地區(qū)暴雨天氣進行了分析;紀曉玲等通過中小尺度系統(tǒng)分析對寧夏一次突發(fā)暴雨進行研究;胡文東等利用多普勒雷達資料對降水進行分析;楊長業(yè)等人對夏季降水過程按照強度進行分類，對降水微物理變化特征進行分析;江新安等對伊犁河谷汛期一次短時強降水雨滴譜進行特征分析發(fā)現(xiàn)，0-2mm之間的雨滴譜濃度占總濃度的92%，對雨強的貢獻達到75.1%，這個尺度范圍的雨滴是降水的主體，降水過程雨滴的尺度變化很大，但雨滴濃度并不是影響雨強的決定性因素;傅佩玲等人研究發(fā)現(xiàn)，降水雨滴譜在高濕環(huán)境中表現(xiàn)為暖性降水的特征（小雨滴濃度非常高），但同時存在部分大粒子，從而導致更高的降水效果和局地強降水;周黎明等研究發(fā)現(xiàn)暴雨雨滴譜很寬，均有7-8mm的特大滴出現(xiàn)，隨著降水強度的增大，雨滴譜譜寬變大且各檔雨滴濃度增加。本文通過把現(xiàn)有的各種觀測資料融合，充分研究興安盟地區(qū)暴雨的微物理過程和特征分布，進而為提高預報預警工作提供有效的參考。

一、觀測儀器和資料說明

ZBT-LR-01激光雨滴譜儀是2016年興安盟引進的主要應用于防汛抗災、氣象監(jiān)測等應用領(lǐng)域，其功能是對降水進行實時監(jiān)測。安裝在興安盟索倫國家基準氣候站內(nèi)，與自動站翻斗雨量計（SL3-1）相距小于10m，盡量減少因儀器距離產(chǎn)生的對比誤差。雨滴譜可以觀測到的直徑范圍0.2mm-25mm、降水強度范圍0.005mm/h-250mm/h，降水量的分辨率是0.001mm，測量間隔是10s。

本文利用2017年8月3日興安盟索倫國家基準氣候站雨滴譜儀、翻斗雨量計、高空L波段雷達資料，同時結(jié)合天氣雷達資料，對此次降水過程進行分析。

本文按照GB/T28592-2012，把2017年8月2日23：58到8月3日3：07降水量為35.3mm的過程記為暴雨。

二、天氣形勢

索倫處于高空槽前暖區(qū)，夜間高空槽在東移過程中由于后部弱冷空氣的補充，強度增強，槽前上升運動增強。低層從渤海灣有一只低空急流向北輸送水汽和暖空氣，為降水提供了有利的水汽和不穩(wěn)定條件。

3L波段探空雷達演變特征：

從降水時段索倫探空顯示，本次降水對流性質(zhì)顯著，濕層從地面擴展到400hPa，低層暖平流明顯，抬升凝結(jié)高度到0度層之間的高度在4.5km左右，暖區(qū)降水性質(zhì)顯著，而0度層和-20度層高度較高，濕層已經(jīng)很深厚，且有一定的不穩(wěn)定能量儲存，在夜間切變線的抬升作用下，不穩(wěn)定能量將會釋放，產(chǎn)生短時強降水天氣。

三、降水過程分析

1、雨滴譜和自動站翻斗雨量計分鐘雨量對比

由于雨滴譜儀和自動站翻斗雨量計的精度不同，雨滴譜的采樣間隔為10s，所能測量的最小量值是0.001mm;而自動站翻斗雨量傳感器的采樣速率是1min，分辨力是0.1mm。同一降水過程，雨滴譜儀觀測到的降水開始時間優(yōu)先于翻斗雨量計觀測到的降水開始時間。從分鐘降水量看，自動站翻斗雨量計比雨滴譜有一定的滯后性，但降水過程累積量僅相差2.1%。

2、雨滴譜演變特征

2016年興安盟引進ZBT-LR-01激光雨滴譜儀，可實現(xiàn)降水的連續(xù)自動觀測，每10s即可獲取一組降水強度、粒子個數(shù)、直徑、降水量（包括累計降水量）、雷達反射率因子等要素。本文基于這些數(shù)據(jù)，分析2017年8月3日一次暴雨過程的雨滴譜特征，從而充分研究興安盟地區(qū)暴雨的微物理過程和特征分布，為提高預報預警工作提供有效的參考。

①特征參量

表1給出了本次暴雨的各特征參量，雨滴濃度在104量級，平均直徑1.617mm，直徑小于3mm的雨滴粒子占總個數(shù)的99.99%。

②雨強、雷達反射率因子、粒子個數(shù)和直徑隨時間的變化特征

2017年8月3日00時至03時雨強、雷達反射率因子、粒子個數(shù)和直徑隨時間的變化特征。雨強、雷達反射率因子、粒子個數(shù)和直徑都有很好的對應關(guān)系，隨時間的變化趨勢是相似的。雨強變化顯著，從采集到雨滴粒子到雨強達到301.3mm/h，只有短暫的17分鐘，雨強持續(xù)超過80mm/h的僅3分鐘，雨強10-25mm/h占總雨強的51.3%，降水過程的平均雨強12.67mm/h.;雷達反射率因子和雨強的大值區(qū)出現(xiàn)在相同的時間段，峰值達85.77dBz;除0：37-1：05和2：47-3：00時段內(nèi)雷達反射率因子低于30dBz，其他時段大多維持在45dBz左右;雨強大，降水粒子密集，在雨強較大的0：12-0：37時段內(nèi)，降水粒子15526個，占總個數(shù)的25.67%;在雨強較小的0：38-1：07和2：41-3：00時段內(nèi)，降水粒子分別是1741個和752個;粒徑在初期出現(xiàn)先增后減，再回彈，后逐漸趨于平穩(wěn)，直到降水快要結(jié)束，零星出現(xiàn)大雨滴;雷達反射率因子超過50dBz，粒徑>1.5mm;但在降水過程快結(jié)束的一段時間內(nèi)，粒徑>1.5mm，雷達反射率因子也只有20dBz左右。

③不同粒徑雨滴對總個數(shù)、雨量、雨強和反射率的貢獻率

ZBT-LR-01激光雨滴譜儀可采集32等級粒子直徑，根據(jù)本次降水粒子的直徑范圍，能獲取降水粒子的通道有10個，為了分析不同粒徑的雨滴對個數(shù)和雨量的貢獻，將雨滴按粒徑通道劃分開。

不同粒徑雨滴對雨量和雨強貢獻率幾乎完全吻合，1.5-1.75mm的降水粒子是所有參量貢獻率的峰值。這與陳磊等[11]研究的梅雨鋒暴雨過程中小于1mm的粒子占總個數(shù)比例最大，而1-2mm的粒子對雨強貢獻率最大的結(jié)論有所不同。出現(xiàn)這種差異的原因可能是：本次降水過程持續(xù)時間較短，降水集中，粒徑<1.5mm的雨滴對個數(shù)、雨量、雨強和反射率都比較小，只占0.01%-13.08%;1.5-175mm的雨滴粒子，分別占總個數(shù)的59.58%、總雨量的49.29%、總雨強的49.34%和總反射率的49.70%;粒徑>2mm的雨滴對雨量的貢獻率比對總個數(shù)的貢獻率大近5倍，也就是說，2.486%的>2mm的雨滴貢獻了11.676%的降水量?？梢?，大雨滴對雨量和雨強的貢獻極大。

四、結(jié)論

1、本次降水過程是在高空槽、切變線和低空急流的共同作用產(chǎn)生，比濕達到12-14g/kg，L波段探空雷達資料顯示，濕層深厚，低層暖平流明顯，降水對流性質(zhì)顯著。

2、自動站翻斗雨量計要比激光雨滴譜儀滯后約10min、雨量偏大約2.1%。

3、雨強、雷達反射率因子、粒子個數(shù)和直徑都有很好的對應關(guān)系，隨時間的變化趨勢是相似的。

4、1.5-1.75mm的降水粒子是雨強、雷達反射率因子和個數(shù)貢獻率的峰值，粒徑>2mm的雨滴占總個數(shù)的2.486%，卻占雨量11.676%、雨強的11.7%。

（作者單位：137400內(nèi)蒙古烏蘭浩特市興安盟氣象局）