郑艺
摘要：降水粒子特性是大气运动和云内微物理过程的综合结果，在云降水物理及人工影响天气领域有着重要的意义。利用南京信息工程大学大气物理与大气环境实验室的激光气象粒度仪（Parsivel），选取了2007年12月9日到12日的5次降水过程的观测数据，对雨强；降水量；雷达反射率等这些微物理参量进行分析。
关键词：雨滴谱； 观测方法； 雨滴谱函数； Parsivel； 微物理参量
1观测仪器介绍
本次观测所用的仪器就是激光粒度气象仪（Parsivel）（Parsivel激光粒度气象仪设备外观图（见图4），它是一种现代化的以激光为基础的光学测量系统，由德国OTT公司开发研制的。数据获取和存储是通过一个快速的数字化信号处理器完成的。激光气象粒度仪以激光测量为基础，测量的基本参数为粒径和速度，采用平行激光束和光电管阵列结合，当有降水粒子穿越采样空间时，自动记录遮挡物的宽度，通过穿越时间计算降水粒子的尺度和速度。由此推导出从静风到飓风所有风速下粒径分布、降水量、能见度、雷达反射率、降水动能和降水类型。
中粒子尺度测量的数据范围为0.2～25 mm，粒子速度测量的数据范围对应着0.2～20 m·s-1。
粒子尺度的测量：降水粒子下降过程中经过探测仪器的采样空间时，粒子的直径a由被遮挡的接收二极管d个数确定。粒子速度的测量：粒子的下降速度V由接收二极管d被遮挡的时间t和粒子直径a计算确定，即V=f（d，t）。假设粒子尺度均匀非变形，则有Vt=f（a）。由于计算速度足够快，系统能够响应所有经过的遮蔽物，从而可以统计所有降水粒子颗粒的尺度与速度。但是如果有两个甚至多个降水粒子同时到达采样面时，就会产生重叠误差，无论是对尺度测量还是对速度的计算，都会产生很大的影响。
2資料及处理方法
南京属北亚热带季风气候，四季分明，冬夏长而春秋短。雨水充沛，光能资源充足，年平均温度16℃。夏季最高气温可达38℃；冬季最低气温达零下8℃。年平均降雨117天，降雨量1106.5毫米；无霜期长，年平均239天。每年6月下旬到7月中旬为梅雨季节。此次观测主要针对南京市2007年12月9日到12日的降水情况和降水的微物理参量进行分析。南京的冬天雨雪少，11-12月多浓雾天气，冬季寒冷干燥。
图1是2007年12月11日雨强和数浓度随时间的变化图，从图中看出，降水的变化强度非常剧烈，雨强的变化主要集中在23：00至24：00之间，在23：30的时候出现了一个峰值，降水强度达到2 mm·h-1，持续一个小时左右，降水强度下降到接近于1的一个最小值，随后逐渐增大，到23：40左右，出现一天中的最大值，降水强度接近4 mm·h-1，随后降水强度开始下降至1.5 mm·h-1左右。几分钟后又出现了一个峰值，大概时间在23：50左右，此峰值为4.0 mm·h-1左右。这一天数浓度的变化还是要分为两个阶段，前一个阶段持续时间较短只有二十几分钟，后一个阶段从23：00开始到00：00结束，后一个阶段在前半小时主要呈现上升趋势，到23：30时出现一个峰值，随后逐渐下降，到降水结束。总体来看，2007年12月11日的降水主要集中在23：00左右，在此阶段，降水量很大，降水粒子集中。
图2是2007年12月9日雷达回波强度和雨强随时间的演变，从图中看出，雨强和雷达反射率因子的变化是一致的，也就是说雨强越大，雷达反射率因子就越大，在22：50左右，两者均出现了一个峰值，雨强达到1.5mm·h-1，雷达反射率因子达到1.8dBz，随后逐渐下降，虽然两者在或一阶段都出现了几个小峰值，但是总体来说还是处于下降趋势。
根据2007年12月9日到12日四天的雨滴谱拟合图，在9日，最大直径为2.5 mm，最小直径只有0.25 mm，所以谱宽大概为2.25 mm。由此可以得到，10日最大直径为2.3 mm，最小直径为0.24 mm，所以谱宽为2.06 mm。11日最大直径为2.5 mm，最小直径为0.24 mm，谱宽为2.26 mm，12日最大直径为2.3 mm，最小直径为0.24 mm，谱宽为2.06 mm，所以2007年12月9日到12日这四天的平均谱宽为2.16 mm，因此雨滴总数密度和雨滴平均尺度较小。从图中还可以看出，不同雨强的雨滴谱分布谱形相似，都是单峰分布，峰值出现的雨滴直径有所差别，雨强越大，峰值对应的雨滴直径越大，谱越宽。从图中还可以看出，在只有较弱降水的9日，数浓度的峰值为85 mm-1m-3 ，峰值区在直径为0.5 mm到1.0 mm之间，而10日和11日都有中等降水出现，在10日当天，数浓度的峰值为140 mm-1m-3 左右，峰值区在直径为0.5 mm到1.0 mm之间，在11日当天，数浓度的峰值为90 mm-1m-3 左右，峰值区在直径为0.5 mm到1.0 mm之间；而12日是强降水天气，数浓度的峰值为1200 mm-1m-3 左右，峰值区在直径为0.5mm到1.0 mm之间。
3结论
（1）南京地区2007年12月9日到12日的降水属于层状云降水。
（2）在降水总体较弱或者较强的时候，雨强越大雨滴数浓度越小，雨强越弱雨滴数浓度越大；在降水总体强度中等时，雨强和雨滴数浓度变化趋势一致，雨强大雨滴数浓度也大。
（3）雷达反射率因子Z和雨强I随时间的演变趋势相同，Z和I呈正相关关系。雨强越大，雷达反射率因子就越大。经过对实测点拟合发现雷达反射率因子Z是雨强I的指数函数。
（4）每日降水的平均雨滴谱表现为单峰，浓度随直径增大出现一个峰值后递减，降雨越强，谱宽越大，数浓度反而小。雨滴谱在峰值右侧的谱线呈负指数分布，即M-P分布。
参考文献
[1]B.J.梅森.云物理学.中国科学院大气物理研究所译.北京.1978.154-158.
[2]陈德林，谷淑芳.大暴雨雨滴平均谱的研究.气象学报，1989，21-26.
