高原气象

高原气象 >

2024 , Vol. 43 >Issue 5: 1271 - 1285

DOI: https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0534.2024.00004

伊犁河谷流域山区和平原雨滴谱特征统计研究

  • 江雨霏 ,
  • 杨莲梅 ,
  • 李建刚 ,
  • 曾勇 ,
  • 仝泽鹏 ,
  • 刘晶 ,
  • 李浩阳 ,
  • 李晓萌
展开
  • 1. 中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所，新疆 乌鲁木齐 830002
    2. 新疆云降水物理与云水资源开发实验室，新疆 乌鲁木齐 830002
    3. 西天山云降水物理野外科学观测基地，新疆 乌鲁木齐 830002

江雨霏（1994 -）， 女， 安徽和县人， 助理研究员， 主要从事云降水物理研究. E-mail：

收稿日期: 2023-11-07

  修回日期: 2024-01-16

  网络出版日期: 2024-01-16

基金资助

新疆维吾尔自治区自然科学基金项目(2022D01B75); 国家自然科学基金项目(U2003106); 新疆气象局科技创新发展基金项目(MS202210); “天山英才”培养计划项目(2022TSYCLJ0003); 中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所科技发展基金项目(KJFZ202303)

收起

Statistical Characteristics of Raindrop Size Distribution in the Mountainous and Plain Areas of the Ili River Valley

  • Yufei JIANG ,
  • Lianmei YANG ,
  • Jiangang LI ,
  • Yong ZENG ,
  • Zepeng TONG ,
  • Jing LIU ,
  • Haoyang LI ,
  • Xiaomeng LI
Expand
  • 1. Institute of Desert Meteorology，China Meteorological Administration，Urumqi 830002，Xinjiang，China
    2. Xinjiang Cloud Precipitation Physics and Cloud Water Resources Development Laboratory，Urumqi 830002，Xinjiang，China
    3. Field Scientific Observation Base of Cloud Precipitation Physics in West Tianshan Mountains，Urumqi 830002，Xinjiang，China

Received date: 2023-11-07

  Revised date: 2024-01-16

  Online published: 2024-01-16

Fold

摘要

雨滴谱是理解降水微物理特性和定量降水估测的基础， 尤其是在降水机制复杂、 时空变异性大的复杂地形中。本文利用Parsivel2激光雨滴谱仪对2020 -2022年夏季伊犁河谷流域山区和平原不同降水强度和不同降水类型的雨滴谱特征进行了研究。结果表明： 山区和平原降水主要以小雨滴为主， 对降水强度R贡献最大的主要是中雨滴。山区降水和平原降水主要出现在午后至傍晚， 山区降水大中型雨滴数浓度在各时间段均高于平原。随着雨强增大， 雨滴谱的谱宽和各直径档的雨滴数浓度也随之增加， 山区降水的大中型粒子数浓度在小雨和大雨时明显大于平原。在相同降水强度和降水类型的情况下， 山区降水具有较大的质量加权平均直径（Dm ）和较小的标准化截断参数（log10 Nw ）。此外， 伊犁河谷流域山区和平原的对流云滴谱均倾向于“大陆性对流簇”。研究发现， 两地区降水的μ-Λ关系和Z-R关系也存在显著差异， Z=300R 1.40的经验关系显然高估了降水量。研究结果揭示了伊犁河谷流域不同地形条件下的降水微物理特征， 为后续利用雷达资料反演降水提供可靠的事实依据。

关键词： 伊犁河谷; 雨滴谱; 地形; 降水强度; 降水类型

本文引用格式

江雨霏 , 杨莲梅 , 李建刚 , 曾勇 , 仝泽鹏 , 刘晶 , 李浩阳 , 李晓萌 . 伊犁河谷流域山区和平原雨滴谱特征统计研究[J]. 高原气象, 2024 , 43(5) : 1271 -1285 . DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2024.00004

Abstract

Raindrop size distribution （RSD） is fundamental in understanding the precipitation microphysics and quantitative precipitation estimation， especially in complex terrain with complicated rainfall mechanism and high spatial and temporal variability.In this paper， the RSD characteristics of different rainfall rates and rain types in the mountainous and plain areas of the Ili River Valley during the summer of 2020 -2022 are investigated using Parsivel2 disdrometer.The results show that the precipitation in the mountainous and plain areas is mainly composed of small raindrops， and medium raindrops are the largest contribution to the rainfall rate R.Precipitation in the mountainous and plain areas mainly occurs during the late afternoon and early evening， and the concentration of large and medium-sized raindrops is higher in the mountainous areas in all time periods.The spectral width and the concentration of drops with diameters increase with increasing rainfall rate.The number concentration of medium and large particles in the mountainous areas is obviously higher than that in the plain areas during light rain and heavy rain.For the same rainfall rate and rain type， precipitation in the mountainous areas has higher mass-weighted mean diameter （Dm ） and lower normalized intercept parameter （log10 Nw ）.In addition， the convective rain spectrum in the mountainous and plain areas of the Ili River Valley tend to be “continental-like convective cluster”.It is found that there are also significant differences in the μ-Λ relationship and Z-R relationship of precipitation between the two areas， and the empirical relationship of Z =300R 1.40 clearly overestimates precipitation.The results reveal the microphysical characteristics of precipitation under different terrain conditions in the Ili River Valley， and provide a reliable factual basis for the subsequent retrieval of precipitation using radar data.

Key words： Ili River Valley; raindrop size distribution; terrain; rainfall rate; rain type

参考文献

null
Atlas D， Srivastava R C， Sekhon R S， 1973.Doppler radar characteristics of precipitation at vertical incidence［J］.Reviews of Geophysics and Space Physics， 11（1）： 1-35.
null
Bringi V N， Chandrasekar V， Hubbert J， et al， 2003.Raindrop size distribution in different climatic regimes from disdrometer and dual-polarized radar analysis［J］.Journal of the Atmospheric Sciences， 60（2）： 354-365.DOI： 10.1175/1520-0469（2003）060<0354： RSDIDC>2.0.CO； 2 .
null
Bruintjes R T， 1999.A review of cloud seeding experiments to enhance precipitation and some new prospects［J］.Bulletin of the American Meteorological Society， 80（5）： 805-820.DOI： 10.1175/1520-0477（1999）080<0805： AROCSE>2.0.CO； 2 .
null
Chakravarty K， Raj P E， 2013.Raindrop size distributions and their association with characteristics of clouds and precipitation during monsoon and post-monsoon periods over a tropical Indian station［J］.Atmospheric Research， 124（124）： 181-189.DOI： 10. 1016/j.atmosres.2013.01.005 .
null
Chen B J， Hu Z Q， Liu L P， et al， 2017.Raindrop size distribution measurements at 4500 m on the Tibetan Plateau during TIPEX-III［J］.Journal of Geophysical Research： Atmospheres， 122（20）： 11092-11106.DOI： 10.1002/2017JD027233 .
null
Chen B J， Yang J， Pu J P， 2013.Statistical characteristics of raindrop size distribution in the Meiyu season observed in eastern China［J］.Journal of the Meteorological Society of Japan Ser II， 91（2）： 215-227.DOI： 10.2151/jmsj.2013-208 .
null
Dolan B， Fuchs B， Rutledge S A， et al， 2018.Primary modes of global drop size distributions［J］.Journal of the Atmospheric Sciences， 75（5）： 1453-1476.DOI： 10.1175/JAS-D-17-0242.1 .
null
Friedrich K， Higgins S， Masters F J， et al， 2013.Articulating and stationary PARSIVEL disdrometer measurements in conditions with strong winds and heavy rainfall［J］.Journal of Atmospheric and Oceanic Technology， 30（9）： 2063-2080.DOI： 10.1175/JTECH-D-12-00254.1 .
null
Fulton R A， Breidenbach J P， Seo D J， et al， 1998.The WSR-88D rainfall algorithm［J］.Weather and Forecasting， 13（2）： 377-395.DOI： 10.1175/1520-0434（1998）013<0377： TWRA>2.0.CO； 2 .
null
Harikumar R， 2016.Orographic effect on tropical rain physics in the Asian monsoon region［J］.Atmospheric Science Letters， 17（10）： 556-563.DOI： 10.1002/asl.692 .
null
Jaffrain J， Berne A， 2011.Experimental quantification of the sampling uncertainty associated with measurements from Parsivel disdrometers［J］.Journal of Hydrometeorology， 12（3）： 352-370.DOI： 10.1175/2010JHM1244.1 .
null
Jiang Y F， Yang L M， Zeng Y， et al， 2022.Comparison of summer raindrop size distribution characteristics in the western and central Tianshan Mountains of China［J］.Meteorological Applications， 29（3）： e2067.DOI： 10.1002/met.2067 .
null
Kozu T， Reddy K K， Mori S， et al， 2006.Seasonal and diurnal variations of raindrop size distribution in Asian monsoon region［J］.Journal of the Meteorological Society of Japan， 84： 195-209.DOI： 10.2151/jmsj.84A.195 .
null
Krishna U V M， Reddy K K， Seela B K， et al， 2016.Raindrop size distribution of easterly and westerly monsoon precipitation observed over Palau islands in the Western Pacific Ocean［J］.Atmospheric Research， 174-175： 41-51.DOI： 10.1016/j.atmosres. 2016.01.013 .
null
L?ffler-Mang M， Joss J， 2000.An optical disdrometer for measuring size and velocity of hydrometeors［J］.Journal of Atmospheric and Oceanic Technology， 17（2）： 130-139.DOI： 10.1175/1520-0426（2000）017<0130： AODFMS>2.0.CO； 2 .
null
Luo L， Guo J， Chen H N， et al， 2021.Microphysical characteristics of rainfall observed by a 2DVD disdrometer during different seasons in Beijing， China［J］.Remote Sensing， 13（12）： 2303.DOI： 10.3390/rs13122303 .
null
Marshall J S， Palmer W M， 1948.The distribution of raindrops with size［J］.Journal of Meteorology， 5（4）： 165-166.
null
Rosenfeld D， Ulbrich C W， 2003.Cloud microphysical properties， processes， and rainfall estimation opportunities［J］.Radar and Atmospheric Science： A Collection of Essays in Honor of David Atlas， Meteorological Monographs， American Meteor Society， 52： 237-258.
null
Seela B K， Janapati J， Lin P P， et al， 2018.Raindrop size distribution characteristics of summer and winter season rainfall over North Taiwan［J］.Journal of Geophysical Research： Atmospheres， 123（20）： 11602-11624.DOI： 10.1029/2018JD028307 .
null
Steiner M， Smith J A， Uijlenhoet R， 2004.A microphysical interpretation of radar reflectivity-rain rate relationships［J］.Journal of the Atmospheric Sciences， 61（10）： 1114-1131.DOI： 10.1175/1520-0469（2004）0612.0.CO； 2 .
null
Sumesh R K， Resmi E A， Unnikrishnan C K， et al， 2021.Signatures of shallow and deep clouds inferred from precipitation microphysics over windward side of Western Ghats［J］.Journal of Geophysical Research： Atmospheres， 126（10）： 1-31.DOI： 10.1029/2020JD034312 .
null
Tang Q， Xiao H， Guo C W， et al， 2014.Characteristics of the raindrop size distributions and their retrieved polarimetric radar parameters in northern and southern China［J］.Atmospheric Research， 135-136（135-136）： 59-75.DOI： 10.1016/j.atmosres. 2013.08.003 .
null
Testud J， Oury S， Black R A， et al， 2001.The concept of “normalized” distribution to describe raindrop spectra： a tool for cloud physics and cloud remote sensing［J］.Journal of Applied Meteorology， 40： 1118-1140.DOI： 10.1175/1520-0450（2001）040<1118： TCONDT>2.0.CO； 2 .
null
Tokay A， Short D A， 1996.Evidence from tropical raindrop spectra of the origin of rain from stratiform versus convective clouds［J］.Journal of Applied Meteorology， 35（3）： 355-371.DOI： 10. 1175/1520-0450（1996）035<0355： EFTRSO>2.0.CO； 2 .
null
Tokay A， Wolff D B， Petersen W A， 2014.Evaluation of the new version of the laser-optical disdrometer， OTT Parsivel2 ［J］.Journal of Atmospheric and Oceanic Technology， 31： 1276-1288.DOI： 10.1175/jtech-d-13-00174.1 .
null
Ulbrich C W， 1983.Natural variations in the analytical form of the raindrop size distribution［J］.Journal of Climate and Applied Meteorology， 22（10）： 1764-1775.DOI： 10.1175/1520-0450（1983）022<1764： NVITAF>2.0.CO； 2 .
null
Vivekanandan J， Zhang G F， Brandes E， 2004.Polarimetric radar estimators based on a constrained gamma drop size distribution model［J］.Journal of Applied Meteorology， 43（2）： 217-230.
null
Wang G L， Zhou R R， Zhaxi S L， et al， 2021.Raindrop size distribution measurements on the southeast Tibetan Plateau during the STEP project［J］.Atmospheric Research， 249（249）： 1-12.DOI： 10.1016/j.atmosres.2020.105311 .
null
Wen L， Zhao K， Wang M Y， et al， 2019.Seasonal variations of observed raindrop size distribution in East China［J］.Advances in Atmospheric Sciences， 36（4）： 346-362.DOI： 10.1007/s00376-018-8107-5 .
null
Yuter S E， Kingsmill D E， Nance L B， et al， 2006.Observations of precipitation size and fall speed characteristics within coexisting rain and wet snow［J］.Journal of Applied Meteorology and Climatology， 45（10）： 1450-1464.DOI： 10.1175/JAM2406.1 .
null
Zeng Y， Tong Z P， Jiang Y F， et al， 2022.Microphysical characteristics of seasonal rainfall observed by a Parsivel disdrometer in the Tianshan Mountains， China［J］.Atmospheric Research， 280： 106459.DOI： 10.1016/j.atmosres.2022.106459 .
null
Zeng Y， Yang L M， Zhang Z Y， et al， 2020.Characteristics of clouds and raindrop size distribution in Xinjiang， using cloud radar datasets and a disdrometer［J］.Atmosphere， 11（12）： 1382.DOI： 10.3390/atmos11121382 .
null
Zhang A S， Hu J J， Chen S， et al， 2019.Statistical characteristics of raindrop size distribution in the monsoon season observed in southern China［J］.Remote Sensing， 11（4）： 432.DOI： 10.3390/rs11040432 .
null
Zhang G F， Vivekanandan J， Brandes E A， et al， 2003.The shape-slope relation in observed gamma raindrop size distributions： Statistical error or useful information？［J］.Journal of Atmospheric and Oceanic Technology， 20（8）： 1106-1109.DOI： 10.1175/1520-0426 （2003）020<1106： TSRIOG>2.0.CO； 2 .
null
Zwiebel J， Van Baelen J， Anquetin S， et al， 2015.Impacts of orography and rain intensity on rainfall structure.The case of the HyMeX IOP7a event［J］.Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society， 142（）： 310-319.DOI： 10.1002/qj.2679 .
null
陈宝君， 李子华， 刘吉成， 等， 1998.三类降水云雨滴谱分布模式［J］.气象学报， 56（4）： 506-512.DOI： 10.11676/qxxb1998.046.Chen B J ，
null
Li Z H， Liu J C， et al， 1998.Model of raindrop size distribution in three types of precipitation［J］.Acta Meteorologica Sinica， 56（4）： 506-512.DOI： 10.11676/qxxb1998.046 .
null
程鹏， 常祎， 刘琴， 等， 2021.祁连山春季一次层状云降水的雨滴谱分布及地形影响特征［J］.大气科学， 45（6）： 1232-1248.DOI： 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.20231. Cheng P ，
null
Chang Y， Liu Q， et al， 2021.A case study of raindrop size distribution and orographic impact characteristics in spring stratiform precipitation over the Qilian Mountains［J］.Chinese Journal of Atmospheric Sciences， 45（6）： 1232-1248.DOI： 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.20231 .
null
房彬， 郭学良， 肖辉， 2016.辽宁地区不同降水云系雨滴谱参数及其特征量研究［J］.大气科学， 40（6）： 1154-1164.DOI： 10.3878/j.issn.1006-9895.1512.15244.Fang B ，
null
Guo X L， Xiao H， 2016.A study on characteristics of spectral parameters and characteristic variables of raindrop size distribution for different cloud systems in Liaoning Province［J］.Chinese Journal of Atmospheric Sciences， 40（6）： 1154-1164.DOI： 10.3878/j.issn.1006-9895.1512.15244 .
null
江雨霏， 杨莲梅， 曾勇， 等， 2023.昭苏夏季层状云和对流云降水的雨滴谱特征［J］.沙漠与绿洲气象， 17（3）： 8-16.DOI： 10.12057/j.issn.1002-0799.2023.03.002.Jiang Y F ，
null
Yang L M， Zeng Y， et al， 2023.Characteristics of raindrop size distribution for stratiform and convective precipitation in summer in Zhaosu［J］.Desert and Oasis Meteorology， 17（3）： 8-16.DOI： 10.12057/j.issn.1002-0799.2023.03.002 .
null
李山山， 王晓芳， 万蓉， 等， 2020.青藏高原东坡不同海拔区域的雨滴谱特征［J］.高原气象， 39（5）： 899-911.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2019.00086.Li S S ，
null
Wang X F， Wan R， et al， 2020.The characteristics of raindrop spectrum in different altitude region on the eastern slope of Qinghai-Xizang Plateau［J］.Plateau Meteorology， 39（5）： 899-911.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2019.00086 .
null
廖菲， 洪延超， 郑国光， 2007.地形对降水的影响研究概述［J］.气象科技， 35（3）： 309-316.DOI： 10.3969/j.issn.1671-6345.2007.03.001.Liao F ，
null
Hong Y C， Zheng G G， 2007.Review of orographic influences on surface precipitation［J］.Meteorological Sciences and Technology， 35（3）： 309-316.DOI： 10.3969/j.issn.1671-6345.2007.03.001 .
null
刘晶， 周玉淑， 杨莲梅， 等， 2019.伊犁河谷一次极端强降水事件水汽特征分析［J］.大气科学， 43（5）： 959-974.DOI： 10.3878/j.issn.1006-9895.1901.18114.Liu J ，
null
Zhou Y S， Yang L M， et al， 2019.A diagnostic study of water vapor during an extreme precipitation event in the Yili River Valley［J］.Chinese Journal of Atmospheric Sciences， 43（5）： 959-974.DOI： 10.3878/j.issn.1006-9895.1901.18114 .
null
刘胜男， 王改利， 2020.DSD参数对双频雷达估测降水的影响研究［J］.高原气象， 39（3）： 570-580.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2019.00092.Liu S N ，
null
Wang G L， 2020.Study on the impacts of DSD parameters on precipitation estimation using dual-frequency radar［J］.Plateau Meteorology， 39（3）： 570-580.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2019.00092 .
null
刘彦， 苏德斌， 杨宁， 等， 2023.基于二维雨滴谱仪的巴彦淖尔地区降雹谱个例分析［J］.高原气象， 42（3）： 748-757.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00059.Liu Y ，
null
Su D B， Yang N， et al， 2023.Case study of hail size distribution in Bayannur Area based on two-dimensional video disdrometer［J］.Plateau Meteorology， 42（3）： 748-757.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00059 .
null
彭旺， 李琼， 魏加华， 等， 2022.柴达木盆地东北缘山区和平原区雨滴谱特征对比研究［J］.高原气象， 41（6）： 1471-1480.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2021.00122.Peng W ，
null
Li Q， Wei J H， et al， 2022.The mountainous and plain areas on the northeastern margin of the Qaidam Basin contrast study on raindrop spectrum characteristics［J］.Plateau Meteorology， 41（6）： 1471-1480.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2021.00122 .
null
王俊， 王文青， 王洪， 等， 2021.短时强降水和冰雹云降水个例雨滴谱特征分析［J］.高原气象， 40（5）： 1071-1086.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00091.Wang J ，
null
Wang W Q， Wang H， et al， 2021.Characteristics of the raindrop size distribution during a short-time heavy rainfall and a squall line accompanied by hail［J］.Plateau Meteorology， 40（5）： 1071-1086.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00091 .
null
杨俊梅， 陈宝君， 韩永翔， 等， 2016.山西省不同地区雨滴谱的统计特征［J］.气象科学， 36（1）： 88-95.DOI： 10.3969/2014jms.0107.Yang J M ，
null
Chen B J， Han Y X， et al， 2016.Statistical characteristics of raindrop size distribution in different regions of Shanxi［J］.Journal of the Meteorological Sciences， 36（1）： 88-95.DOI： 10.3969/2014jms.0107 .
null
杨霞， 张俊兰， 华烨， 等， 2021.新疆伊犁河谷不同季节降水的日变化特征［J］.干旱气象， 39（3）： 394-405.DOI： 10.11755/j.issn.1006-7639（2021）-03-0394.Yang X ，
null
Zhang J L， Hua Y， et al， 2021.Diurnal variation characteristics of precipitation in different seasons in the Yili River Valley of Xinjiang［J］.Journal of Arid Meteorology， 39（3）： 394-405.DOI： 10.11755/j.issn.1006-7639（2021）-03-0394 .
null
张家宝， 邓子风， 1987.新疆降水概论［M］.北京： 气象出版社.Zhang J B， Deng Z F， 1987.Introduction to Xinjiang’s Precipitation （in Chinese） ［M］.Beijing： China Meteorological Press.
null
张学文， 张家宝， 2006.新疆气象手册［M］.北京： 气象出版社.Zhang X W， Zhang J B， 2006.Xinjiang meteorological manual （in Chinese）［M］.Beijing： China Meteorological Press.
null
赵城城， 张乐坚， 梁海河， 等， 2021.北京山区和平原地区夏季雨滴谱特征分析［J］.气象， 47（7）： 830-842.DOI： 10.7519/j.issn.1000-0526.2021.07.006.Zhao C C ，
null
Zhang L J， Liang H H， et al， 2021.Microphypical characteristics of the raindrop size distribution between mountain and plain areas over Beijing in summer［J］.Meteorological Monthly， 47（7）： 830-842.DOI： 10.7519/j.issn.1000-0526.2021.07.006 .
null
郑博华， 李斌， 黄秋霞， 等， 2019.新疆伊犁河谷冷暖季降水时空分布特征［J］.沙漠与绿洲气象， 13（3）： 80-87.DOI： 10.12057/j.issn.1002-0799.2019.03.011.Zheng B H ，
null
Li B， Huang Q X， et al， 2019.Diurnal variation characteristics of precipitation in the cold and warm season of Ili River Valley， Xinjiang［J］.Desert and Oasis Meteorology， 13（3）： 80-87.DOI： 10.12057/j.issn.1002-0799.2019.03.011 .
null
钟水新， 2020.地形对降水的影响机理及预报方法研究进展［J］.高原气象， 39（5）： 1122-1132.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2019.00083.Zhong S X ， 2020.Advances in the study of the influencing mechanism and forecast methods for orographic precipitation［J］.Plateau Meteorology， 39（5）： 1122-1132.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2019.00083 .
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