ISSN 1004-4965

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基于双频星载降水雷达GPM数据的华南地区降水垂直结构特征分析

杜爽 王东海 李国平 蔡亲波 许向春

杜爽, 王东海, 李国平, 蔡亲波, 许向春. 基于双频星载降水雷达GPM数据的华南地区降水垂直结构特征分析[J]. 热带气象学报, 2020, 36(1): 115-130. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.012
引用本文: 杜爽, 王东海, 李国平, 蔡亲波, 许向春. 基于双频星载降水雷达GPM数据的华南地区降水垂直结构特征分析[J]. 热带气象学报, 2020, 36(1): 115-130. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.012
shuang DU, Dong-hai WANG, Guo-ping LI, Qin-bo CAI, Xiang-chun XU. ANALYSIS OF THE VERTICAL STRUCTURE OF PRECIPITATION IN SOUTH CHINA BASED ON DUAL-FREQUENCY SPACEBORNE PRECIPITATION RADAR GPM PRODUCT[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2020, 36(1): 115-130. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.012
Citation: shuang DU, Dong-hai WANG, Guo-ping LI, Qin-bo CAI, Xiang-chun XU. ANALYSIS OF THE VERTICAL STRUCTURE OF PRECIPITATION IN SOUTH CHINA BASED ON DUAL-FREQUENCY SPACEBORNE PRECIPITATION RADAR GPM PRODUCT[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2020, 36(1): 115-130. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.012

基于双频星载降水雷达GPM数据的华南地区降水垂直结构特征分析

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.012
基金项目: 

国家自然科学基金项目-国际(地区)合作与交流项目 41861164027

广东省科技计划 20170244

广东省科技计划 2017B020218003

国家自然科学基金项目 41775097

海南省南海气象防灾减灾重点实验室开放基金项目 SCSF201801

详细信息
    通讯作者:

    王东海, 男,广东省人,教授, 博士, 从事中小尺度数值模拟研究。E-mail: wangdh7@mail.sysu.edu.cn

  • 中图分类号: P426.61.4

ANALYSIS OF THE VERTICAL STRUCTURE OF PRECIPITATION IN SOUTH CHINA BASED ON DUAL-FREQUENCY SPACEBORNE PRECIPITATION RADAR GPM PRODUCT

  • 摘要: 华南汛期作为我国雨季爆发的第一阶段一直是预报与研究的热点问题,对其降水-云宏微观垂直特性的认识还不够深入。双频星载雷达资料对强、弱降水三维探测进行优化,并补充对洋面降水的探测。借助这两方面优势,对华南对流性、层云性两类主要降水类型的垂直特征进行统计,分析降水反射率因子与降水粒子垂直分布、亮带特征与垂直分层降水贡献,对比华南陆地在回波顶高方面与南海洋面的异同,最后针对华南前后汛期的降水垂直分布特征进行分析。(1)对流性降水反射率因子快速增长区域主要发生在低层,层云性降水反射率因子快速增长区域位于亮带层附近。(2)当发生强降水时,对流性降水的粒子浓度并不是总高于层云性降水,但前者粒子半径大于后者;强层云性降水往往来自于大小均一的粒子聚集,并没有形成更大直径的液滴。(3)华南陆地回波顶高季节变化较南海洋面强烈,浅薄对流降水发生频率受季风影响从春至秋存在先增后减特征,深对流发生频率在夏季增幅显著。南海地区回波顶高虽无明显季节变化但在3 km和5.5 km存在明显的双峰特征。(4)前汛期对流性降水的高浓度、大尺度的粒子更利于向更高高度发展,而层云性降水粒子浓度及半径的垂直分布在华南前后汛期无明显差异。前后汛期回波顶高异同主要出现在广西中部,广东中部和沿海地区。

     

  • 图  1  华南地区(104.5~117.0 °E,21.4~26.5 °N)及其地形高度

    图  2  雷达反射率因子垂直结构

    a.对流性降水;b.层云性降水。填色为雷达反射率因子出现的频率;黑色实线为反射率因子最大频率廓线,对应底部横坐标;黑色虚线为温度垂直廓线,对应顶部横坐标。

    图  3  对应不同量级地面降水的降水雷达反射率因子廓线

    雨强单位:mm/h。a.对流性降水;b.层云性降水。

    图  4  反射率因子廓线低层斜率参量在不同值域的季节频率分布

    a.对流性降水;b.层云性降水。

    图  5  反射率因子廓线低层斜率参量在不同值域的年均分布情况

    图  6  对流性降水与层云性降水粒子信息DSD垂直结构

    a.对流性降水粒子浓度参数dBNw;b.层云性降水粒子浓度参数dBNw;c.对流性降水粒子半径dm;d.层云性降水粒子半径dm

    图  7  对应不同量级地面降水的降水粒子信息DSD廓线

    雨强单位:mm/h。a.对流性降水粒子浓度参数dBNw;b.层云性降水粒子浓度参数dBNw;c.对流性降水粒子直径dm;d.层云性降水粒子半径dm

    图  8  华南地区亮带高度(a~d)及亮带宽度(e~h)的季节性分布

    图  9  冷暖季不同量级地面降水中各层次降水量对柱降水的贡献分布

    a.夏季对流性降水;b.冬季对流性降水;c.夏季层云性降水;d.冬季层云性降水。

    图  10  华南回波顶高度季节变化

    图  11  对流性和层云性降水回波顶高PDF季节分布

    a.华南与南海海陆划分;b.华南陆地对流性降水;c.华南陆地层云性降水;d.南海洋面对流性降水;e.南海洋面层云性降水。

    图  12  华南前汛期(a、e、i、c、g、k)、后汛期(b、f、j、d、h、l)对流性降水(a、b、e、f、i、j)和层云性降水(c、d、g、h、k、l)的反射率因子、粒子浓度及半径的垂直分布

    a~d.雷达反射率因子(dBZ);e~h.粒子浓度参数dBNw;i~l.粒子浓度半径dm

    图  13  华南前汛期(a~d)、后汛期(c~h)对应不同量级地面降水的降水粒子信息DSD廓线

    雨强单位:mm/h。a、b、e、f.对流性降水;c、d、g、h.层云性降水;a、c、e、g.粒子浓度参数dBNw;b、d、f、h.粒子浓度半径dm

    图  14  华南前汛期(a、c、e)、后汛期(b、d、f)回波顶高分布

    a~b.所有降水;c~d.对流性降水;e~f.层云性降水。

    图  15  华南前汛期(a、c)、后汛期(b、d)降水率高度-经向分布

    a、b.对流性降水;c、d.层云性降水。

    表  1  2014年3月—2018年3月GPM DPR探测的华南地区降水样本频次

    降水 样本数 样本数比重 降水量比重 平均地表雨强/(mm/h)
    对流性降水 97 485 33.8% 55.7% 4.778
    层云性降水 188 022 65.1% 44.1% 1.958
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    表  2  华南地区对流性降水和层云性降水层次高度划分

    季节 对流性降水 层云性降水
    0.5~4.0 km 蒸发层 0.5~5.0 km 均一层
    4~5 km 碰并增长层 5~6 km 冰水混合层
    5~7 km 冰水混合层 6~12 km 冰晶层
    7~12 km 冰晶层
    0.5~3.0 km 碰并增长层 0.5~3.5 km 均一层
    3~5 km 冰水混合层 3.5~5.0 km 冰水混合层
    5~12 km 冰晶层 5~12 km 冰晶层
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-04-16
  • 修回日期:  2019-10-28
  • 刊出日期:  2020-02-01

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