中国庐山对流云降水粒子尺度谱观测研究

摘要

采用OTT-Parsivel激光降水粒子谱仪在中国长江中下游平原地区的孤立高山观测站（海拔1300米）与平原南京观测站（海拔8米）多年观测到各类典型降水过程的雨滴谱，特别对比了各海拔高度的对流云降水过程的雨滴尺度与速度谱，与平原深对流云降水相比，庐山的降水雨滴谱数据有显著的特点。由于庐山测站位于海拔1300米的孤立山顶上，作者当时感受到对流云发展非常旺盛，天空昏暗可闻雷声，大风云雾笼罩在气象站周围，肉眼就能观察到雨滴粒子尺度很大，用数码相机直接拍照下落中的大雨滴。据此判断，当时观测到的降水雨资料几乎就是在对流云云底雨水刚刚出云时刻的雨滴谱分布。而一般地面测站观测资料则是在对流云雨滴粒子出云后经过数千米的云外干空气环境的增温、融化、碰并、破碎、蒸发等下落过程后的状况。对比这两类雨滴谱资料，对于研究深厚对流云系统中的雨水粒子结构分布十分有利。结果发现，对流云底部的雨滴谱宽度要远远大于降落到地面时刻雨滴谱的宽度，高山站观测的降水粒子谱宽普遍超过11mm（地面观测的最大粒子直径不到8mm），并且降水粒子在出云时刻的下落速度也比到达地面时的速度要大（相同尺度粒子）。从云中下落的雨滴粒子浓度总是大于降落到地面时的雨滴浓度，降水各阶段粒子谱中，位于云底部小于1mm的粒子数浓度要高于地面粒子谱浓度约1个量级，大粒子数浓度要高于地面粒子谱浓度约2个量级，在1.5~2.5mm之间两者粒子数浓度基本一致。这说明云物理过程所产生的雨滴浓度比我们常规地面观测到的雨滴浓度大很多，且能够产生很多大滴，深对流云中可能存在更大的粒子。可能是由于深对流云中冰相过程而形成的尺度较大冰晶、雪花和霰粒子在融化过程中形成的大滴，但这种猜测有待飞机云物理参数直接测量的证实。