AIRBORNE MEASUREMENTS OF MICROPHYSICAL CHARACTERISTICS OF WARM STRATUS CLOUDS IN WINTER NANNING, GUANGXI
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摘要: 利用运十二飞机在2012年冬季广西南宁地区开展的12架次层状暖云微物理探测资料进行分析，统计和观测结果表明，层状暖云垂直方向分层显著。存在逆温是典型宏观特征，降水云基本都为多层逆温，逆温位置主要出现在云顶附近。云滴平均浓度为652±607个/cm3；无降水云比降水云云滴平均浓度略大，分别为678±348个/cm3和615±363个/cm3。平均液水含量为1.03±0.73 g/m3，其中降水云远大于无降水云，分别为1.3±0.9 g/m3和0.88±0.6 g/m3。平均有效直径为18.2±5.6 μm，降水云略大于无降水云，分别为19.4±5.0 μm和17.3±6.0 μm。垂直分布上，云滴数浓度在接近地面的下层云中最大，峰值区主要出现在云底，且随高度一般呈现递减趋势。云滴谱分布显示在6.5 μm出现次峰值。降水云中大云滴主要出现在接近地面的下层云中，而无降水云中几乎没有观测到大云滴。Abstract: Microphysical characteristics of warm layer clouds in winter Nanning, Guangxi are statistically analyzed based on 12 flights of airborne instruments with a Y-12 aircraft. The results show that the clouds vary obviously by layers vertically. As a typical macrophysical characteristic of the layer clouds, the temperature inversion appears in precipitation clouds, with several layers of temperature inversion. Temperature inversion often appears near the cloud top. Secondly, for the 12 flight cases, the mean number concentration of cloud droplets is 652±607 cm-3. The concentration in non-precipitation clouds is larger than in precipitation clouds, with the values being 678±348 cm-3 and 615±363 cm-3 respectively. The average liquid water content (LWC) is 1.03±0.73 g/m3. LWC in precipitation clouds is 1.3±0.9 g/m3, which is apparently larger than in non-precipitation clouds (0.88±0.6 g/m3). The mean effective diameter (ED) is 18.2±5.6 μm. In precipitation clouds, the ED is 19.4±5.0 μm, while it is 17.3±6.0 μm in non-precipitation clouds. Furthermore, the peak value of cloud number concentration is at cloud base in lower clouds. It decreases with the height. Most of the droplets are less than 50 μm. The second peak value of the PSD is about 6.5 μm. From the cloud droplet images in precipitation clouds, it is known that large droplets are at lower layer clouds with great number. But in non-precipitation clouds, unusually big cloud droplets could be found.
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Key words:
- cloud microphysical characteristics /
- flight measurement /
- warm stratus clouds /
- winter /
- Guangxi
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表 1 2012年广西南宁冬季层状暖云飞机探测情况汇总
个例编号 日期 天气形势 探测方式 穿云时间 降水量/(mm/h) 201105A 11月5日 地面弱冷空气南下 起飞穿云 14:25—14:29 无 201105D* 中层副高外围影响 降落穿云 16:09—16:20 0.0 201116A 11月16日 地面强冷空气南下 起飞穿云 09:21—09:24 无 中层切变线影响 201125A* 11月25日 地面冷空气南下 起飞穿云 09:33—09:36 0.0 201125D 中层西南急流影响 降落穿云 11:54—12:09 无 201128A 11月28日 地面强冷空气南下 起飞穿云 08:59—09:06 无 201128D* 中层切变线影响 降落穿云 11:47—12:04 0.1 201130A* 11月30日 地面弱冷空气南下 起飞穿云 09:01—09:06 0.0 201130D* 中层切变线影响 降落穿云 11:57—12:05 0.1 201205A 12月5日 地面冷空气南下 起飞穿云 08:58—08:59 无 中层切变线影响 201218A 12月18日 地面冷空气南下 起飞穿云 09:19—09:22 无 201218D 中层切变线影响 降落穿云 11:05—11:12 无 注：A、D分别表示起飞、降落（下同）；*表示有降水。降水量为飞机观测期间南宁机场附近地面气象观测站的小时雨量。 
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表 2 广西南宁冬季Sc暖云宏观参量统计特征 *为降水个例，下同。
个例编号 云底/m 云顶/m 云底温度/℃ 云顶温度/℃ 逆温范围/m 逆温强度/(℃/(100 m)) 分层 云厚/m 20121105A 1 191 2 289 16.4 12.2 1 280~1 340 0.08 单层 979 20121105D* 1 116 1 938 15.1 13.6 1 110~1 310 0.20 2层
间距小991 2 390 2 578 9.8 9.7 1 890~1 920 0.22 20121116A 571 1 428 21.3 17.9 无 无 单层 857 20121125A* 133 625 16.0 18.7 340~800 0.07 3层
间距大848 1 274 1 385 18.6 18.3 1 410~1 520 0.40 1 846 2 091 16.9 16.0 2 100~2 185 0.88 20121125D 201 488 18.6 21.5 230~600 0.96 2层 443 1 730 1 886 16.9 17.4 1 800~1 910 0.89 间距大 20121128A 229 466 13.4 12.6 无 无 3层
间距小1 508 683 1 239 13.6 15.9 470~1 295 0.46 1 277 1 992 16.0 14.7 无 无 20121128D* 259 1 687 12.9 15.8 525~1 270 0.62 2层 1 708 1 792 2 072 15.1 14.2 无 无 间距小 20121130A* 132 757 16.4 17.7 400~800 0.75 3层
间距小1 152 836 1 396 18.0 17.4 无 无 1 674 1 999 16.3 14.8 1 990~2 090 1.20 20121130D* 217 926 15.3 18.8 590~820 1.30 2层 1 102 1 154 1 683 17.7 17.3 1 600~1 710 0.60 间距小 20121205A 1 145 1 382 9.6 9.2 1 370~1 530 0.65 单层 237 20121218A 1 090 1 708 7.7 11.2 1 115~1 850 0.60 单层 555 20121218D 691 1 777 8.1 11.7 950~1 970 0.55 单层 624
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表 3 2012年广西南宁冬季Sc暖云微观参量统计特征
微物理参量 个例编号 20121105A 20121105D* 20121116A 20121125A* 20121125D 20121128A 20121128D* 20121130A* 云滴浓度/(cm-3) 最大值 1 463 2 104 1 795 1 908 2 049 1 262 2 790 1 610 平均值 698 840 809 516 838 345 557 433 中值 722 849 879 455 842 291 445 414 标准偏差 332 472 479 351 291 229 366 217 液水含量/(g/m3) 最大值 2.8 4.0 2.7 2.9 1.8 2.2 5.6 4.2 平均值 0.91 0.98 1.1 1.2 0.78 0.78 1.7 1.3 中值 0.84 0.89 1.0 1.2 0.9 0.85 1.8 1.1 标准偏差 0.71 0.73 0.73 0.85 0.43 0.6 1.1 1.2 有效直径/μm 最大值 21.7 29.1 24 26.8 22.1 27 29.8 30.1 平均值 15.7 17.3 16.8 19.5 15 18.2 21.8 20.3 中值 17.0 18.3 17 20.1 15.6 19.7 22.6 23.7 标准偏差 4.24 4.0 4.2 3.9 3.8 6.3 4.7 7.6 体积直径/μm 最大值 26.9 46.5 26.6 37 29.6 33.1 30.8 38.0 平均值 18.5 21.8 19.2 23.1 18.1 20.1 24.6 23.6 中值 19.8 22.5 19.3 23.3 18.4 21.4 25.0 27.2 标准偏差 4.4 4.4 4.3 4.1 4.91 7.0 3.9 8.0
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表 4 广西南宁冬季Sc暖云微观参量统计特征续
微物理参量 个例编号 20121130D* 20121205A 20121218A 20121218D 无降水 有降水 总体 云滴浓度/(cm-3) 最大值 2 269 1 837 1 471 2 289 2 289 2 790 2 790 平均值 727 1 012 360 683 678 615 652 中值 640 872 265 573 722 455 607 标准偏差 407 350 328 424 348 363 354 有效直径/μm 最大值 2.8 2.7 0.97 2.78 2.80 5.6 5.6 平均值 1.1 1.4 0.37 0.83 0.88 1.3 1.03 中值 1.1 1.8 0.33 0.73 0.85 1.1 0.95 标准偏差 0.6 0.9 0.24 0.62 0.60 0.9 0.73 液水含量/(g/m3) 最大值 26.5 19.2 40.4 36.5 40.4 30.1 40.4 平均值 18.3 14.5 22.6 18.5 17.3 19.4 18.2 中值 19.1 17.9 26.1 21.1 17.9 20.1 19.4 标准偏差 4.8 5.0 10.4 8.30 6.0 5.0 5.6 体积直径/μm 最大值 30.5 20.2 42.8 41.9 42.8 46.5 46.5 平均值 21.4 15.7 27.2 23.0 20.3 22.9 21.4 中值 22.2 19.0 31.7 25.7 19.8 23.3 22.4 标准偏差 5.4 5.1 11.2 9.8 6.7 5.2 6.0
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表 5 广西南宁层状暖云云滴微观参数与以往层状云研究结果的比较
日期 地点 架次 云滴浓度/cm-3(平均/最大) 液水含量/(g/m3)(平均/最大) 有效直径/μm(平均/最大) 文献出处 1990—1993年4—7月 河北 60 62/833 0.04/0.49 9.0/- 吴志会，1994 1990年9—10月 河北 12 79/838 0.03/2.70 7.0/23.0 黄梦宇等[11] 2000年4月14日 河北 2 49/578 0.05/0.53 -/- Zhao等[12] 2003年8月 北京 3 43/144 0.14/0.69 11.0/42.0 张佃国等[13] 2005—2006年3—9月 北京 75 257/1 244 0.058/1.000 8.5/23.6 Deng等[6] 1960—2008年 东亚 - 120.9/426.4 0.14/0.52 -/- Wang等[5] 1979—1980年5—8月 宁夏 37 823/- 0.18/2.56 7.5/ 吴兑，1981 1971年4—5月 广东，新丰江
水库流域85 1 736/8 696 0.26/3.59 9.9/>40.0 吴兑等[9] 1981—1984年5—7月 四川，成都 41 137/- 0.28/- - 罗泳平等[10] — 各国 - 288/680 0.19/- 10.8/- Miles等[4] 2010年8月18日 河北，崇礼 1 336/1 295 0.26/1.2 18.1/31.1 马新成等[14] 2012年11—12月 广西，南宁 12 652/2 790 1.03/5.60 18.2/40.4 本文
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图(11) / 表(5)
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