層積云物理結(jié)構(gòu)觀測(cè)及其反演技術(shù)研究.pdf

1、本文結(jié)合國(guó)家“十五”科技攻關(guān)“人工增雨技術(shù)研究及示范”項(xiàng)目和自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目對(duì)河南北京青海等試驗(yàn)區(qū)我國(guó)北方人工增雨的主要作業(yè)對(duì)象層積云開展連續(xù)多年的飛機(jī)和地面綜合觀測(cè)基礎(chǔ)上綜合分析了觀測(cè)結(jié)果。重點(diǎn)在云物理綜合觀測(cè)設(shè)計(jì)和云物理研究?jī)蓚€(gè)方面進(jìn)行研究。
　　 針對(duì)層積云的物理結(jié)構(gòu)研究，組織設(shè)計(jì)外場(chǎng)綜合觀測(cè)方案。為配合輻射模式模擬計(jì)算，專門設(shè)計(jì)了探測(cè)飛機(jī)在云頂附近各個(gè)高度層平飛獲得的層積云內(nèi)不同高度層次微物琿參數(shù)分析層積云的微物理結(jié)

2、構(gòu)，為輻射模式模擬計(jì)算衛(wèi)星位置的輻射量奠定基礎(chǔ)并得到了驗(yàn)證；設(shè)計(jì)對(duì)比冷云催化作業(yè)前后云內(nèi)物理參數(shù)變化的飛機(jī)探測(cè)方案，采用大角度盤旋局地垂直探測(cè)層積云結(jié)構(gòu)。根據(jù)機(jī)載PMS和地面降水粒子譜儀觀測(cè)的層積云及其降水的微物理數(shù)據(jù)，對(duì)云滴譜和降水粒子譜擬合計(jì)算分析各種降水譜特性；首次引進(jìn)使用激光降水粒子譜儀長(zhǎng)期觀測(cè)降水雨滴尺度譜和速度譜，并進(jìn)行降水類型的歸納和雨滴譜型的擬合和雷達(dá)反射因子相關(guān)性研究，為進(jìn)一步進(jìn)行人工增雨作業(yè)地面觀測(cè)雨滴譜物理效果檢驗(yàn)

3、奠定基礎(chǔ)
　　 本文的研究在此基礎(chǔ)上提出了一種云微物理參數(shù)的反演途徑。
　　 在云物理結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，提出了一種云微物理參數(shù)的反演技術(shù)途徑，將飛機(jī)觀測(cè)的云物理參數(shù)通過輻射傳輸模式與衛(wèi)星觀測(cè)的輻射量聯(lián)系起來(lái)，主要從二個(gè)方面進(jìn)行模擬計(jì)算分析：一方面將飛機(jī)實(shí)際觀測(cè)到的云體宏、微觀參數(shù)輸入輻射傳輸模式計(jì)算云頂輻射到達(dá)衛(wèi)星位置處的單色輻射量，與衛(wèi)星當(dāng)時(shí)各個(gè)通道相對(duì)應(yīng)位置的象素點(diǎn)輻射量進(jìn)行對(duì)比分析；另一條路是用衛(wèi)星觀測(cè)的數(shù)據(jù)反演云

4、的微物理參數(shù)，并與飛機(jī)實(shí)際觀測(cè)到的云微物理參數(shù)進(jìn)行比較確定云頂光學(xué)厚度與有效半徑的方法，尋找到云體的粒子有效半徑、光學(xué)厚度、地表反照率等與衛(wèi)星接收輻射量之間的相關(guān)性。根據(jù)實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在云體宏觀參數(shù)、地表輻射率、地理位置與太陽(yáng)高度角確定的情況下，云頂?shù)墓鈱W(xué)厚度、云滴有效半徑的部分組合在衛(wèi)星兩個(gè)通道上有不同的反應(yīng)，即可以通過衛(wèi)星兩個(gè)相鄰?fù)ǖ缹?duì)應(yīng)象素點(diǎn)的輻射量就能夠確定一組光學(xué)厚度和云滴有效半徑的范圍，通過個(gè)例模擬進(jìn)行了反演工作

5、驗(yàn)證，并對(duì)飛機(jī)觀測(cè)值與反演值進(jìn)行了比較和誤差分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在云滴有效半徑的尺度范圍內(nèi)，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值接近，但反演的尺度范圍較大。在利用衛(wèi)星大范圍確定人工增雨作業(yè)潛力區(qū)域具有應(yīng)用價(jià)值。
　　 通過長(zhǎng)期降水觀測(cè)資料分析發(fā)現(xiàn)了一些新的現(xiàn)象和觀測(cè)事實(shí)，包括：
　　 (1)利用高精度高密度的雨滴譜資料研究了雷達(dá)反射因子與降水雨滴譜之間的Z-R關(guān)系。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)Z-R關(guān)系的不穩(wěn)定性。不同類型的降水甚至一次降水的不同時(shí)段Z-R關(guān)系的變

6、化，空間的也會(huì)有不均勻性。統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)雷達(dá)反射因子與降水粒子譜的平均半徑相關(guān)性并不大，而與平均體積直徑和中數(shù)體積直徑相關(guān)性很好，可以將平均體積直徑和中數(shù)體積直徑大小數(shù)值作為劃分降水性質(zhì)的一個(gè)參考標(biāo)準(zhǔn)；
　　 (2)對(duì)比了云底觀測(cè)和地面觀測(cè)對(duì)流云降水粒子譜特征，對(duì)流云降水粒子出云時(shí)的雨滴數(shù)濃度要比到達(dá)地面時(shí)的雨滴濃度高一個(gè)量級(jí)，對(duì)流云出云時(shí)候的降水粒子譜寬比到達(dá)地面時(shí)的粒子譜寬要大一倍，而且數(shù)量不在少數(shù)，南京地區(qū)地面的降水粒子譜寬