貴州烏蒙山區(qū)雨滴譜特征及降水估測(cè)研究

柯莉萍，谷曉平，張 艷，呂 靜，楊 洋

(1.貴州省山地氣候與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng) 550002；2.貴州省生態(tài)氣象和衛(wèi)星遙感中心，貴州 貴陽(yáng) 550002；3.威寧縣氣象局，貴州 威寧 553100；4.織金縣氣象局，貴州 織金 552100)

雨滴譜觀測(cè)是微觀降水云物理的重要內(nèi)容之一，云的動(dòng)力和物理過(guò)程形成了雨滴.雨滴譜物理過(guò)程的研究，對(duì)于降水的形成機(jī)制，人工影響天氣的云物理?xiàng)l件評(píng)估、檢驗(yàn)等方面都具有重要的意義.目前，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)雨滴譜開(kāi)展了系統(tǒng)性的分析和討論，并取得了一些重要的成果.周黎明等[1]的研究表明，降水云系不同則雨滴譜的特征不同；張昊等[2]研究發(fā)現(xiàn)，雨滴在降落時(shí)由于碰撞、合并、破碎、蒸發(fā)等的影響，不同高度上的雨滴譜特征不盡相同；李德俊等[3]的研究發(fā)現(xiàn)，激光雨滴譜儀觀測(cè)數(shù)據(jù)能夠很好地反映降水的微物理過(guò)程.

烏蒙山是中國(guó)西南部云貴高原上的主要山脈之一，每年5—9月份暴雨災(zāi)害頻發(fā)，由此誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重，對(duì)人民生產(chǎn)生活影響大.山區(qū)與平原相比，山區(qū)降水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)一直是重點(diǎn)和難點(diǎn).許多學(xué)者對(duì)云貴高原降水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)做了大量深入的研究[4-6]，山區(qū)地形地貌復(fù)雜，地形的動(dòng)力作用、云物理作用、摩擦作用等變量增大了降水預(yù)報(bào)方程的困難系數(shù)，數(shù)值模式在山區(qū)的預(yù)報(bào)效果普遍較差.隨著雨滴譜研究的更加深入，將其運(yùn)用到山區(qū)降水有重要的研究意義.陳聰?shù)萚7]對(duì)黃山不同高度的雨滴譜特征研究表明，山地、山腰、山頂?shù)挠甑巫V特征存在較大的差異.楊俊梅等[8]的研究表明山區(qū)和平原地區(qū)的層狀云和對(duì)流云降水平均譜特征為單峰型，層狀降水的譜寬窄于對(duì)流云.對(duì)不同性質(zhì)云狀雨滴譜降水估測(cè)，很多學(xué)者做了大量有成效的研究[9-11].但是，國(guó)內(nèi)外對(duì)烏蒙山區(qū)雨滴譜的演變特征研究成果很少，本文選取2018年5—9月貴州烏蒙山區(qū)5個(gè)氣象站點(diǎn)資料，對(duì)雨滴譜特征及降水估測(cè)進(jìn)行分析，對(duì)該區(qū)域雨滴譜的研究有助于了解烏蒙山區(qū)成云致雨的微物理過(guò)程.

1 資料來(lái)源及數(shù)據(jù)處理

1.1 資料來(lái)源本研究選取烏蒙山區(qū)的5個(gè)國(guó)家級(jí)自動(dòng)觀測(cè)站，海拔高度、站點(diǎn)地理位置分布如圖1（底圖數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站（www.gscloud.cn/#page））和表1所示，威寧站海拔高度最高為2 238.6 m，最低為金沙站942 m，兩站高度差約為1 300 m.

表1 站點(diǎn)地理位置Tab.1 Location of site

圖1 貴州烏蒙山區(qū)站點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of stations in Wumeng Mountain area of Guizhou Province

本文研究采用2018年5—9月DSG1型降水現(xiàn)象儀觀測(cè)的雨滴譜及降水量數(shù)據(jù).DSG1降水天氣現(xiàn)象儀是由江蘇無(wú)錫新氣象公司自主研發(fā)的高精度降水現(xiàn)象觀測(cè)設(shè)備，所用的雨滴譜數(shù)據(jù)采用德國(guó)OTT公司生產(chǎn)的光學(xué)傳感器Parsivel2.其基本原理是有降水粒子下落通過(guò)光速帶時(shí)，把光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)，測(cè)量降水粒子的寬度及所經(jīng)過(guò)的時(shí)間計(jì)算粒子的速度和直徑，分為32個(gè)尺度和32個(gè)速度測(cè)量通道，采樣面積為54 cm2，采樣周期為1 min.

1.2 資料處理將2018年5—9月烏蒙山區(qū)的金沙站、六枝站、畢節(jié)站、盤州站、威寧站的降水，按照小雨、中雨、大雨、暴雨4個(gè)量級(jí)對(duì)實(shí)測(cè)日降水量和雨滴譜降水量進(jìn)行計(jì)算統(tǒng)計(jì)對(duì)比，各等級(jí)降水日數(shù)及平均相對(duì)誤差（見(jiàn)表2）.從表2中可知，未處理前小雨實(shí)測(cè)降水量和雨滴譜計(jì)算降水量的平均相對(duì)誤差最大，為91.9%；其次暴雨較大，為26.2%；大雨平均相對(duì)誤差較小，為19.9%；大暴雨僅有1次，相對(duì)誤差為20%.分析誤差較大的原因，可能主要有以下幾方面的原因：①小雨特別是降水量較小的情況下，如實(shí)測(cè)雨量為0.2 mm，雨滴譜降水量為0.4 mm，相對(duì)誤差為100%，按照氣象觀測(cè)規(guī)范降水量小雨強(qiáng)時(shí)誤差允許±0.4 mm，此類實(shí)測(cè)情況較多；②極少部分實(shí)測(cè)雨量錯(cuò)誤；③直徑大于6 mm的雨滴破碎對(duì)降水造成誤差；④雨滴譜儀識(shí)別誤差；⑤地理位置差異、風(fēng)速等因素也會(huì)造成誤差. 杜波等[12]對(duì)國(guó)產(chǎn)滴譜儀的檢測(cè)標(biāo)定結(jié)果表明實(shí)測(cè)雨量和雨滴譜間存在一定的誤差，誤差在20%以內(nèi).通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)滴譜直徑大于6 mm的日降水量誤差較大.吳亞昊等[13]發(fā)現(xiàn)直徑大于6 mm的雨滴在下落過(guò)程中由于碰撞等原因發(fā)生破碎，也會(huì)造成一定的誤差.因此，本文對(duì)小雨中誤差超過(guò)±0.4 mm的樣本、滴譜直徑大于6 mm的樣本、中雨以上級(jí)別雨滴譜資料反算雨量與實(shí)測(cè)降水量偏差在20%以上的樣本進(jìn)行剔除，剔除樣本分別為8.5%、0.2%和4.3%.圖2對(duì)比分析了測(cè)站實(shí)測(cè)日降水量和根據(jù)降水現(xiàn)象儀觀測(cè)的滴譜數(shù)據(jù)計(jì)算的日降水量，從圖2中可知，兩種方法得到的日降水量在時(shí)間變化上趨勢(shì)有較好的一致性，由雨滴譜計(jì)算的降水量整體相對(duì)實(shí)測(cè)值偏大.

圖2 2018年5—9月烏蒙山區(qū)不同站點(diǎn)實(shí)際降水量和由雨滴譜計(jì)算的日降水量Fig.2 Actual precipitation and daily precipitation calculated by raindrop spectrum at different stations in Wumeng Mountain area from May to September，2018

表2 實(shí)測(cè)日降水量與雨滴譜計(jì)算降水量誤差對(duì)比Tab.2 Error comparison between measured daily rainfall and raindrop spectrum calculation

2 雨滴譜參量的計(jì)算

降水現(xiàn)象儀實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)的物理意義是平均直徑Di和末速度Vj(i≥1，j≤32)所對(duì)應(yīng)的雨滴數(shù)濃度N(Di)，Di對(duì)應(yīng)的單位體積、單位尺度間隔之內(nèi)的雨滴數(shù)濃度，其計(jì)算公式為：

式中，A代表采樣面積（單位：m2）；Vj(Di)表示雨滴粒子下落末速度（單位：m/s），t表示采樣時(shí)間(單位：s)；n(Di)為采樣面積內(nèi)的直徑在Di～Di+ΔD內(nèi)的雨滴粒子個(gè)數(shù).

利用雨滴數(shù)濃度N(Di)可以通過(guò)公式（2）、（3）計(jì)算得到雨強(qiáng)（Raininess，以下簡(jiǎn)稱R）和雷達(dá)反射率因子Z的計(jì)算公式：

貴州烏蒙山區(qū)以山地高原為主，地形崎嶇、地勢(shì)起伏大，雨滴譜微物理特征存在一定的差異.因此，表3結(jié)合烏蒙山區(qū)情況將根據(jù)雨滴譜計(jì)算的雨強(qiáng)劃分為5個(gè)等級(jí)進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果顯示相同站點(diǎn)的雨強(qiáng)均值、標(biāo)準(zhǔn)差與雨強(qiáng)基本呈正比，個(gè)別站點(diǎn)略有波動(dòng). 5個(gè)觀測(cè)站在0.5～5 mm·h-1區(qū)間的樣本數(shù)量最大，且計(jì)算得到雨強(qiáng)的均值、標(biāo)準(zhǔn)差值都很小，說(shuō)明在弱雨強(qiáng)下的雨強(qiáng)分布一致性較好.降水強(qiáng)度大于20 mm·h-1區(qū)間的雨強(qiáng)均值和標(biāo)準(zhǔn)差相差最大，反映在短時(shí)強(qiáng)降水過(guò)程中雨滴譜反演雨強(qiáng)誤差大. 結(jié)合多種原因分析，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)降水雨強(qiáng)反演誤差大的一個(gè)重要原因是計(jì)算過(guò)程中未設(shè)置上限.

表3 不同站點(diǎn)雨強(qiáng)（雨滴譜）統(tǒng)計(jì)值Tab.3 Statistical values of rainfall intensity at different statons

對(duì)于不同站點(diǎn)，海拔1 000 m以下的金沙測(cè)站標(biāo)準(zhǔn)差最大；其次是海拔在1 000 m至2 000 m的六枝站、畢節(jié)站和盤州站，標(biāo)準(zhǔn)差受地形和天氣系統(tǒng)的影響不均勻分布；海拔2 000 m以上的威寧站標(biāo)準(zhǔn)差最小.

綜上，雨滴譜反演的降水分布存在一定物理規(guī)律，這對(duì)進(jìn)一步開(kāi)展貴州烏蒙山區(qū)雨滴譜特征及降水估測(cè)研究提供了重要依據(jù).

2.1 不同粒徑降水粒子數(shù)濃度及其對(duì)雨強(qiáng)的貢獻(xiàn)率根據(jù)雨滴直徑(D）的大小依次將雨滴分為6個(gè)尺度，D≤1 mm、1 mm

從表4可以看出，第1檔和第2檔降水粒子的數(shù)濃度貢獻(xiàn)最大，第3檔次之，第4及第5檔的降水粒子數(shù)濃度貢獻(xiàn)相對(duì)較小，基本可以忽略不計(jì).造成第1檔和第2檔的小粒子數(shù)濃度貢獻(xiàn)占主要的原因是由于不同云系中小粒子形成機(jī)制有差異，對(duì)流性云系中上升氣流較大，造成雨滴的破碎，在近地面容易形成小粒徑的大量粒子；反之，層狀云系降水較為穩(wěn)定，雨滴粒子直徑較為接近，發(fā)生碰并作用比較小，對(duì)雨滴體積的增長(zhǎng)作用不明顯，以小粒子為主.小粒子對(duì)總數(shù)濃度的貢獻(xiàn)最大，原因主要是小粒子促進(jìn)了大云滴的增長(zhǎng)，大雨滴的破碎和風(fēng)速對(duì)雨滴的大小也會(huì)造成一定的影響.

討論雨強(qiáng)貢獻(xiàn)分布特征發(fā)現(xiàn)，第1、第2、第3檔的降水粒子對(duì)總雨強(qiáng)的貢獻(xiàn)最大，且不同強(qiáng)度的降水的貢獻(xiàn)大小比重不同.在0.5～5 mm·h-1區(qū)間的降水對(duì)第1檔雨強(qiáng)貢獻(xiàn)最大，威寧貢獻(xiàn)率最大，為61%；金沙次之，為59%；畢節(jié)站貢獻(xiàn)率最低，為49%.雨強(qiáng)大于5 mm·h-1以上，第1檔粒子對(duì)雨強(qiáng)的貢獻(xiàn)率隨著雨強(qiáng)的增大而減小，降水強(qiáng)度大于5 mm·h-1的降水在第2檔貢獻(xiàn)最大. 在5～10 mm·h-1區(qū)間降水六枝站貢獻(xiàn)率最高，為63%；畢節(jié)站貢獻(xiàn)率最低，為52%.在10～15 mm·h-1區(qū)間降水六枝站貢獻(xiàn)率最高，為66%；威寧站貢獻(xiàn)率最低，為56%.在15～20 mm·h-1區(qū)間降水六枝站和盤州站貢獻(xiàn)率最高，為63%；威寧站貢獻(xiàn)率最低，為40%.降水強(qiáng)度大于20 mm·h-1區(qū)間，第2檔和第3檔粒子對(duì)雨強(qiáng)的貢獻(xiàn)率相當(dāng).由表4中可知，數(shù)濃度多的粒子對(duì)雨強(qiáng)的貢獻(xiàn)率不一定大，直徑大于4 mm的粒子對(duì)雨強(qiáng)的貢獻(xiàn)也不能忽視.主要原因是雨強(qiáng)的大小與粒子的直徑及粒子數(shù)有很大關(guān)系，如果大雨滴和較大雨滴多，就會(huì)減少1 mm之內(nèi)的雨滴對(duì)雨強(qiáng)貢獻(xiàn)率.反之，如果大雨滴和較大雨滴較少，那么小于1 mm的雨滴對(duì)雨強(qiáng)的貢獻(xiàn)就大.

2.2 降水粒子譜分布特征雨滴在下落的過(guò)程中，其形狀由雨滴直徑?jīng)Q定.直徑小于2.8 mm的雨滴可以認(rèn)為是球型；隨著直徑的不斷增加，雨滴的形狀逐漸變成橢球和平底橢球；當(dāng)直徑達(dá)到一定程度時(shí)，由于形變作用會(huì)發(fā)生破碎.

影響降水雨滴譜譜型的因素很多，如氣流上升、雨滴的碰并和蒸發(fā)，特別容易讓小粒徑的譜型特征發(fā)生變化.雖然存在上述情況，但是通過(guò)大量的觀測(cè)資料表明，雨滴譜特征一般服從負(fù)指數(shù)的分布特征.本研究使用最為廣泛的Marshall-Palmer譜（簡(jiǎn)稱M-P譜）對(duì)不同海拔高度的雨滴譜特征進(jìn)行分析.M-P譜公式如下：

其中，N(D)為粒子數(shù)濃度，n0=8×103個(gè)·m-3·mm-1，斜率因子A=4.1R-0.21.雖然不是所有的雨滴譜特征都符合簡(jiǎn)單的指數(shù)函數(shù)分布形式，但按M-P譜公式，只要在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)中雨滴譜的特征呈現(xiàn)直線形式，即可用指數(shù)分布進(jìn)行擬合.當(dāng)然，降水的性質(zhì)不同，時(shí)間、地點(diǎn)不同等因素也會(huì)影響A和n0的取值.

雨強(qiáng)不同的雨滴譜濃度分布能夠很好地反映降水的譜特征，圖3為不同雨強(qiáng)下的M-P譜分布.從圖3可知，5個(gè)站點(diǎn)的雨滴譜基本遵循負(fù)指數(shù)規(guī)律.對(duì)于不同強(qiáng)度的降水，雨強(qiáng)在0.5～5 mm·h-1和5～10 mm·h-1區(qū)間譜分布曲線的斜率由大變??；雨強(qiáng)在10～15 mm·h-1、15～20 mm·h-1、>20 mm·h-1區(qū)間譜分布曲線的斜率存在“小—大—小”的變化.其中畢節(jié)站在0.5～5 mm·h-1和5～10 mm·h-1雨強(qiáng)區(qū)間的曲率最小，這與表4中畢節(jié)站在該雨強(qiáng)區(qū)間降水貢獻(xiàn)最小相對(duì)應(yīng).對(duì)于不同大小的粒子，直徑在3 mm以下的降水雨滴譜分布離散度大，直徑在3 mm以上的降水雨滴譜離散度相對(duì)較小.由此可見(jiàn)，雨強(qiáng)的大小、降水粒子的直徑對(duì)于譜分布都存在一定的影響.由表4可以看出，第1檔至第3檔的降水粒子對(duì)總雨強(qiáng)、總數(shù)濃度的貢獻(xiàn)最大；數(shù)濃度多的粒子對(duì)雨強(qiáng)的貢獻(xiàn)率不一定大，大云滴的增長(zhǎng)、大雨滴的破碎、風(fēng)速對(duì)雨滴的大小會(huì)造成一定的影響.周黎明等[1]在層狀云降水、積狀云降水、層積混合云降水雨滴譜的研究分析中，也提出雨滴譜隨時(shí)間演變的過(guò)程中存在明顯的微物理變化.

圖3 烏蒙山區(qū)不同站點(diǎn)不同雨強(qiáng)M–P雨滴譜分布Fig.3 M-P raindrop spectrum distribution of different rain intensities at different stations in Wumeng Mountain area

表4 各檔雨滴數(shù)濃度占比及雨強(qiáng)貢獻(xiàn)Tab.4 The percentage of raindrop concentration and the contribution of rain intensity

結(jié)合M-P譜分布，考慮云中粒子形成機(jī)制可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于一次降水過(guò)程，在雨強(qiáng)較小（10 mm·h-1以下）時(shí)，處于降水過(guò)程的開(kāi)始階段，雨滴主要以小雨滴為主，在雨強(qiáng)較大（10 mm·h-1以上）時(shí)，云滴之間的碰撞合并作用、雨滴之間的碰并增長(zhǎng)作用，以及大雨滴的破碎使得不同直徑的雨滴數(shù)目產(chǎn)生變化.表現(xiàn)在M-P譜分布上，譜分布結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了明顯的差異. 站點(diǎn)不同時(shí)，受下墊面的粗糙程度、山脈的阻擋作用等客觀因子的影響，云中的微物理過(guò)程也產(chǎn)生一定程度的差異，以至降水粒子的M-P譜存在離散度.

對(duì)于性質(zhì)不同的降水，對(duì)流性云系中較強(qiáng)的上升氣流使得雨滴破碎過(guò)程顯著；層狀云系降水中氣流穩(wěn)定，粒子直徑差別不大；層積混合云降水中存在一定強(qiáng)度的上升氣流，有一定程度的雨滴破碎作用.圖3中降水強(qiáng)度在15～20 mm·h-1和大于20 mm·h-1區(qū)間的雨滴直徑較大，多為對(duì)流云降水.所以，雨滴譜明顯和其他類型降水不一致，受地理環(huán)境影響，各站點(diǎn)間的譜分布特征也不相同.

3 雨滴譜估測(cè)的反射率因子與雨強(qiáng)的關(guān)系

天氣雷達(dá)觀測(cè)資料時(shí)空分辨率高，在定量估測(cè)降水方面有重要的應(yīng)用意義.但是這種方法存在一定的誤差，需進(jìn)一步改善.雨滴譜資料分析有利于改善降水估測(cè)精度.

雷達(dá)定量降水的估測(cè)方法有多種，如Z?R關(guān)系法、衰減法、正交偏振法等.張培昌等[14]對(duì)于Z?R關(guān)系法的確定方法有理論分析法、直接統(tǒng)計(jì)法、利用雨滴譜的實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)方法對(duì)Z?R進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，許多學(xué)者對(duì)雷達(dá)降水估測(cè)進(jìn)行了研究[15-16].

雷達(dá)定量估測(cè)降水的關(guān)系式通常為Z=aRb.由于Z?R隨時(shí)空分布和地理分布的變化較大，需要根據(jù)不同類型的降水選擇a、b值.劉紅燕等[17]研究表明，北京地區(qū)的層狀云a值小于200，對(duì)流云a值大于200.馮雷等[18]對(duì)沈陽(yáng)、哈爾濱、河南的不同降水類型云系Z?R關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)，層狀云的a、b系數(shù)最小，a值隨著雨滴尺度的增大而增大.

3.1 利用雨滴譜資料對(duì)烏蒙山區(qū)降水的定量估測(cè)根據(jù)公式（3）計(jì)算的反射率因子大小將降水過(guò)程分為層狀云和對(duì)流云降水兩類.分別利用最小二乘法對(duì)雨滴譜Z?R關(guān)系進(jìn)行擬合，采用相對(duì)誤差對(duì)反演的雨強(qiáng)進(jìn)行評(píng)估，一般認(rèn)為相對(duì)誤差越小測(cè)量值的可靠性越高.以雨滴譜數(shù)據(jù)計(jì)算的雨強(qiáng)為真實(shí)值R，根據(jù)Z-R關(guān)系計(jì)算的雨強(qiáng)為測(cè)量值R1，相對(duì)誤差的計(jì)算公式如下：

式中，R表示雨滴譜反演雨強(qiáng)，R1表示Z?R關(guān)系計(jì)算的雨強(qiáng).

3.2 雨滴譜Z?R關(guān)系討論表5對(duì)層狀云降水、對(duì)流云降水的Z?R關(guān)系進(jìn)行了擬合統(tǒng)計(jì)分析.從表5可以看出，層狀云、對(duì)流云兩類降水雨滴譜反射率因子Z和降水強(qiáng)度R之間存在很好的相關(guān)性，相關(guān)性R2一般大于60%，普遍在70%～80%.R2層狀云降水相關(guān)性最好的金沙站，R2為0.744 5；對(duì)流云降水相關(guān)性最好的畢節(jié)站，R2為0.811.層狀云降水Z?R擬合系數(shù)a值較為穩(wěn)定，b值在1.4～1.47之間波動(dòng)，系數(shù)a值在74～98之間；對(duì)流云降水系數(shù)b值在1.39～1.61之間，波動(dòng)范圍較大.其中畢節(jié)最小，為1.39；六枝最大，為1.61.系數(shù)a值在60.76～121.14之間，其中最大為畢節(jié)（121.14），波動(dòng)范圍明顯大于層狀云，不同站點(diǎn)的a、b系數(shù)差異較大.

表5 烏蒙山區(qū)不同站點(diǎn)的不同降水云系的Z?R關(guān)系Tab.5 Z?R relationship of different precipitation clouds at different station in Wumeng Mountain area

造成對(duì)流云階段不同站點(diǎn)a、b系數(shù)差異較大的原因，主要從公式（2）、（3）可以得知反射率因子及降水強(qiáng)度與雨滴譜的譜寬及數(shù)濃度的大小有很大的關(guān)系，它們常常隨著降水類型的變化而變化，造成不同站點(diǎn)系數(shù)a和b的差異，不僅與數(shù)濃度和中值體積直徑（它代表了達(dá)到半數(shù)雨滴的粒徑水平）有很大關(guān)系，還與雨滴譜分布情況隨季節(jié)、地理位置和降水類型（層云、暖云、冷云）等的變化等都有關(guān)系.

利用降水天氣現(xiàn)象儀觀測(cè)的雨滴譜資料估算的雨強(qiáng)作為真實(shí)值，將雨滴譜反射率因子代入Z?R關(guān)系公式中計(jì)算的雨強(qiáng)作為估測(cè)值，對(duì)降水估測(cè)效果進(jìn)行評(píng)估.圖4為烏蒙山區(qū)5個(gè)不同站點(diǎn)的對(duì)流云降水階段的Z-R關(guān)系散點(diǎn)圖，從圖4和表5中可以看出，對(duì)流云階段相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.8以上，相關(guān)性良好，對(duì)流云階段反演的雨強(qiáng)更接近真實(shí)值，平均相對(duì)誤差最小的是盤州，為23.9%.層狀云的平均相對(duì)誤差約為40%.

圖4 烏蒙山區(qū)不同站點(diǎn)對(duì)流云降水雨強(qiáng)隨反射率因子的變化Fig.4 Variation of rainfall intensity of convective clouds at different station in Wumeng Mountain area with reflectivity factor

造成兩類降水過(guò)程中降水估測(cè)差異的原因，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)誤差主要來(lái)自幾個(gè)方面：①不同降水云系階段的雨滴譜特征不盡相同，降水云系空間結(jié)構(gòu)為層狀云降水中雖然降水較為穩(wěn)定，但各微物理參量也有較小強(qiáng)度的起伏，雨滴譜譜寬多在3 mm以內(nèi)，雨強(qiáng)不大，數(shù)濃度變化量通常在1個(gè)量級(jí)范圍內(nèi)，雨強(qiáng)較弱；對(duì)流云的各微結(jié)構(gòu)參量起伏變化較大，雨滴數(shù)濃度很大，雨滴譜譜寬多在3 mm以上，雨強(qiáng)和雨滴數(shù)濃度的起伏量均可達(dá)2個(gè)量級(jí)以上；②不同地形的雨滴譜的微物理特征存在差異，由于地形、風(fēng)速等因素會(huì)對(duì)雨滴的微物理特征造成差異，陳聰?shù)萚7]對(duì)黃山不同海拔高度雨滴譜研究也證實(shí)了這一點(diǎn)；雨滴譜本身的識(shí)別誤差、雨滴譜儀的識(shí)別精度、雨滴重疊誤差及儀器安裝等也會(huì)對(duì)降水估測(cè)造成影響.

4 結(jié)論

（1）雨滴譜反演降水量和雨量筒測(cè)得實(shí)際降水量基本吻合.雖然存在一定的誤差，小雨量級(jí)相對(duì)誤差較大，其余量級(jí)降水量相對(duì)誤差多在20%以內(nèi)，能夠基本滿足業(yè)務(wù)需求.

（2）直徑1～2 mm的粒子對(duì)總數(shù)濃度的貢獻(xiàn)率最大，達(dá)到90%以上；小雨強(qiáng)時(shí)直徑1 mm的粒子對(duì)總雨強(qiáng)的貢獻(xiàn)最大；隨著雨強(qiáng)的不斷增大，直徑1 mm粒子對(duì)總雨強(qiáng)的貢獻(xiàn)逐步減小，直徑2～3 mm的粒子對(duì)總雨強(qiáng)的貢獻(xiàn)最大.

（3）M-P譜分布特征分析表明不同海拔高度的雨滴譜基本遵循負(fù)指數(shù)規(guī)律，影響M-P譜分布的主要是雨滴直徑在3 mm以下降水.

（4）利用雨滴譜資料擬合Z?R發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是層狀云還是對(duì)流云降水，反射率因子和雨強(qiáng)之間均有很強(qiáng)的相關(guān)性，最小相關(guān)系數(shù)為0.8，最大相關(guān)系數(shù)為0.9.對(duì)流云擬合系數(shù)b值在1.39～1.61之間，層狀云相對(duì)較為穩(wěn)定在1.4～1.47之間.對(duì)流云降水估測(cè)平均相對(duì)誤差最小23.9%，最大為39%；層狀云平均相對(duì)誤差最小為40.9，最大為44.9%，對(duì)流云Z?R關(guān)系擬合效果優(yōu)于層狀云.

本文只是針對(duì)貴州烏蒙山區(qū)不同站點(diǎn)的雨滴譜分布特征的分析，并基于研究結(jié)果對(duì)Z?R關(guān)系進(jìn)行簡(jiǎn)單的討論，這對(duì)于揭示和認(rèn)識(shí)貴州烏蒙山降水雨滴譜特征和降水估測(cè)具有重要的意義.但是，由于受烏蒙山復(fù)雜地形對(duì)降水的影響，更深入的討論還需在今后的研究中進(jìn)行.