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青藏高原东部夏季雨滴谱参数垂直分布的反演方法和特征分析

雨滴谱参数,廓线反演

主题1 天气、气候、全球变化、行星大气 > 专题1.12 青藏高原地气相互作用及对天气气候的影响

青藏高原东部大气背景寒冷干燥，雨滴谱特征与平原地区有所差别。基于平原区域雨滴谱特征的Ka波段雷达反演方法在青藏高原东部不适用。本文展示了开发的基于最优估计的雨滴谱参数垂直廓线的反演方法，为了避免大雨滴对雷达回波的衰减，自下至上逐层订正降水绝对衰减量，迭代反演整层降水的雨滴谱参数。利用2024年夏季红原站Ka波段云雷达和地基雨滴谱仪的现场观测，验证了雷达反射率因子和径向速度的正向模拟和反演算法的可靠性。在此基础上，研究了红原地区夏季雨滴谱廓线的时空分布特征，拟合了用于Ka波段雷达定量估计降水和衰减订正的经验关系。

基于2021-2024年地基雨滴谱仪的夏季降水观测，红原地区log₁₀(N₀)分布在1至5.7之间，D_m普遍小于5mm，绝大部分雨滴Dm小于2.3 mm。相对于中国长江中下游区域以及华南地区，降水粒子偏小。在降水强度增加后，雨滴谱中大尺寸雨滴的比例变高，雨滴数浓度降低。2024年7至8月约5900例雨滴谱仪和Ka波段雷达对降水的协同观测被用来验证正向模拟和反演算法。反演结果表明，地基雨滴谱仪观测中提取的雨滴谱参数大部分分布在雷达反演结果的不确定度范围内，log₁₀(N₀)平均误差为0.12，D_m平均误差为-0.01mm。红原地区较强的降水主要出现在13时至23时，夜间降温后出现的降水粒子尺度普遍更小，粒子数浓度更大。为了提升青藏高原东部降水定量估计和雷达反演算法的精度，分别拟合了适用于红原区域夏季白天和夜间的地面Z-R和D_m_R关系，以及Z-A和 D_m-A/Z关系。根据反演的DSD参数垂直廓线，该地区强降水在2.0 km以上高度具有较高的粒子浓度，且在所有高度上粒子尺寸较大。2.0 km以上D_m的平均值约为0.5 mm。强降水的粒子尺寸随着雨滴下落而增大，在0.5 km左右达到峰值。在强降水的底部，log₁₀(N₀)的平均值低于弱降水，这与地面雨滴仪获得的先验信息一致。