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在对某些区域的降水研究中,雷达和卫星等遥感探测是有很大优势的。如果采用的技术和方法得当,不仅可以得到高时空分辨率的降水数据资料,而且还可以研究其降水的结构和特征。
本文利用昆明多普勒天气雷达资料、自动雨量站雨量资料,采用卡尔曼滤波等方法研究了在低纬高原地区建立高分辨率降水资料场的技术方法,并利用TRMM卫星(Tropical Rainfall Measuring Mission Satellite)资料分析了发生在西南地区的“07.7.9”和“07.8.23~25”两次强降水天气过程的降水结构特征,通过本文的研究得到如下结论:
首先,研究了多普勒天气雷达在低纬高原地区建立高分辨率资料场中的应用。研究发现,
(1)低纬高原地区降水云层的零度亮带的高度值变化较大,其最高值与最低值的差达到了3787.8 m,这在建立高分辨率降水资料场时是需要考虑的,选择雷达体积扫描的复合仰角反射因子来进行雷达降水估测是比较合适的。
(2)在强降水和大面积中等强度降水的情况下,还需要考虑降水衰减的影响。这里的试验发现:对于低纬高原地区的雷达测量降水,使用迭代法对雷达衰减订正的效果是比较好的,其订正后的雷达反射因子明显高于雷达直接探测的反射因子,最大的订正差值超过了9 dBz。
(3)在雷达-自动雨量站联合校准中采用卡尔曼滤波方法对雷达测量降水的误差修正有明显的改进作用。
其次,详细分析了“07.7.9”川南特大暴雨天气过程在发展旺盛阶段和减弱阶段的潜热变化特征,降水的结构和特征。分析结果表明,
(1)在“07.7.9”川南特大暴雨的发展旺盛阶段,从地面至近地面层都有着强烈的潜热吸收,最高可达-2℃/h,且经向的变化大于纬向,但在7 km高度则潜热释放达到最大,最高达6℃/h,且纬向的变化要大于经向;而在减弱阶段,潜热吸收和释放的强度和范围都要弱小一些,纬向和经向上的变化与发展旺盛阶段也刚好相反。
(2)在降水水平结构上,“07.7.9”川南特大暴雨的强降水系统由一个主降水雨团和多个零散的降水雨团组成;降水系统中对流降水所占的面积比层云降水面积小,但对流降水具有很强的降水率,它对总降水量的贡献超过了层云降水,特别在川南特大暴雨的发展旺盛阶段对流性降水对总降水量的贡献率远远超过了减弱阶段。
(3)在降水垂直结构上,在特大暴雨的发展旺盛阶段,强对流降水的雨顶高度可达17km,强降水主体中在垂直方向和水平方向上都存在降水强度的非均匀分布;而在减弱阶段,强降水的雨顶高度只有10 km左右,而且其层云的降水有较清晰的亮度带。
最后,比较分析了西南涡和西行台风倒槽这两种不同的天气系统导致宜宾夏季两次暴雨过程的潜热变化和降水结构特征。结果表明:
(1)在潜热平均廓线上,两者的潜热释放呈现出双峰结构,分别在离地面7 km处和14 km处达到峰值,但“07.7.9”发展旺盛时期与减弱阶段的潜热变化均要比“07.8.23~25”要剧烈的多,“07.7.9”潜热变化最大值为1.04℃/hr,而“07.8.23~25”仅为0.55℃/hr,只有“07.7.9”的53%;
(2)降水结构特征是两次暴雨过程为中尺度降水系统,均由一个主降水雨团和多个分散降水雨团组成,但“07.7.9”暴雨过程比“07.8.23~25”暴雨过程的降水强度和范围要大得多,这两次强对流降水的雨顶高度分别达17km、14km,最大强度降水均出现在4~6km高度上,且云中降水强度随高度增加呈非均匀分布;
(3)降水率平均廓线分布特征是两者的最大降水率高度相同,为4.5km,冰水混合层高度也相同,为4.5~6km,但是受深厚西南低涡影响的“07.7.9"暴雨过程的降水云团中的上升运动比“07.8.23~25”暴雨过程的强烈,表现为“07.7.9”强降雨云团更深厚。