休宁县近3年梅雨期降水的雨滴谱特征分析

休宁县近3年梅雨期降水的雨滴谱特征分析

霍延风

（安徽省黄山市休宁县气象局，安徽黄山，245400）

摘要：基于DSG5型激光雨滴谱仪及新型自动气象站观测得到的黄山市休宁县2019-2021年梅雨期间降水相关数据，统计整理得到在有降水现象发生且翻斗式雨量传感器捕获到降水量的前提下，共有11038分钟的数据样本。分析不同分钟降水量级降水现象的雨滴谱分布和近地面天气特征，结果表明：降水期间相对湿度普遍大于90%，本站气压随着雨强变化存在明显波动，风速主要集中在0-5 m/s之间；降水相态为小雨滴和大雨滴并存，且随着雨强增大雨滴数浓度呈现明显的增长过程，降水期间存在少量D≥4.0mm的大雨滴粒子，雨滴粒子集中在1mm左右直径档，雨强主要由2≤D＜4.0mm的大雨滴和D≥4.0mm的少量超大雨滴雨滴贡献。

关键词：降水现象;雨滴谱;降水量

引言

休宁县地处长江以南，受梅雨及夏季短时强对流影响，降水量大且分布不均，表现为受地形及山地小气候影响，局地暴雨天气频发，是目前主要灾害性天气之一，一般出现在5-8月。近年来国内外专家、学者针对激光雨滴谱自动观测降水现象技术中的雨滴谱特征、仪器性能、数据分析[1-5]等方面问题做了大量的探索研究。

文章基于在有降水现象发生且翻斗式雨量传感器捕获到降水量的前提下，分析不同降水量级（分钟降水量0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.5mm以上）降水现象的雨滴谱谱图分布情况和降水现象仪捕获到的近地面不同粒径雨滴的具体特征[6]。通过分析各类观测设备数据之间的互补性，在雨滴谱数据基础上分析降水现象与其他要素之间的关联变化特性，完善本地降水现象（雨）判识基础谱数据，进而提高降水现象的识别准确率，同时也可以为探索休宁地区云内成雨机制提供一定的参考依据。

1资料与方法

1.1资料选取

选取2019-2021年休宁县国家气象观测站降水现象仪输出的降水类型READDATA文件、雨滴谱READMDATA文件和新型自动站（A文件、AWS分钟数据文件）等气象观测资料，对比双翻斗式雨量传感器捕捉到≥0.1mm降水量时降水现象仪器的雨滴谱输出情况，综合考虑风、气压等环境影响，分析近地面不同降水量级时的雨滴谱特征。

1.2统计分析方法

nij为当前分钟第i级直径通道和第j级速度通道下的雨滴个数，Di为第i级直径通道粒子直径范围的中值[7]。

第级直径粒子的空间数浓度即雨滴尺度谱可以用公式表示为：

第级直径粒子的雨强贡献计算公式为：

由雨滴谱资料计算降水强度，计算公式为：

1.3梅雨期简介

表1 休宁县2019年-2021年梅雨期概况

2019年-2021年梅雨期降水量占全年降水量26.9%、47.3%、29.7%，平均梅雨期长度41.7d；三年平均最长连续降水日数13.7d, 最长连续降水降水量248.3mm, 日最大降水量111.0mm。

2结果与分析

2.1降水期间关联气象要素特征

表2 降水持续期间关联气象要素情况

统计得到的梅雨期间有降水现象发生且有降水量捕获的时关联气象要素表现为：相对湿度≥90%以上的样本占比达96%以上；本站气压表现为：存在明显波动，最高气压与最低气压相差10.0百帕以上； 0.1-0.5mm量级的分钟降水其风速在0-5 m/s之间；0.5mm以上的分钟降水中，有5%的样本风速大于5 m/s；其中地温波动与气温波动较为一致。

2.2降水期间雨滴直径等级频数百分率和质量百分率分布情况

图1 不同降水强度雨滴直径等级频数百分率和质量百分率分布

雨滴直径等级频数百分率和质量百分率可以用来衡量不同直径雨滴对雨滴数浓度和雨强的贡献。利用公式（1）统计雨滴各直径等级的频数百分率，各档雨滴直径等级频数百分率表现为：呈双峰结构，第二波峰出现在1.6mm左右粒子直径档，之后随着粒子直径的增大而减小，雨滴数浓度主要由0.3-1.6mm粒子直径等级上的雨滴贡献，占比达到84.2%。利用公式（2）统计雨滴各直径等级的质量百分率，各档雨滴直径等级质量百分率表现为：随着粒子直径的增大而增大，在1.6mm粒子直径等级之后不同降水强度的雨滴贡献层次不同，1.6-4.8mm雨滴直径上的平均质量贡献达到85.5%。两者分布有明显差异，从曲线变化来看主要表现为大雨滴对雨强的贡献大，对雨滴数浓度贡献小；而小雨滴对雨强贡献很小，但对雨滴数浓度贡献大。

2.3分钟平均雨滴谱特征

图2分钟平均雨滴谱分布

降水期间分钟平均雨滴数浓度1236个，其中分钟降水量0.1mm档雨滴数浓度612个、0.2mm档雨滴数浓度888个、0.3mm档雨滴数浓度1117个、0.4mm档雨滴数浓度1287个、0.5mm档雨滴数浓度1432个、0.5mm以上档雨滴数浓度2080个，可见随着雨强增大雨滴数浓度呈现明显的增长过程。由分钟平均雨滴谱分布来看，雨滴谱图中出现了少量D≥4.0mm的大雨滴粒子，雨滴粒子集中在1mm左右直径档；D＜1mm的小雨滴平均数浓度占总数浓度百分比达56.1%，但平均雨强对总雨强的贡献仅有5.1%；1≤D＜1.8mm的雨滴平均数浓度占总数浓度百分比32.2%，雨强对总雨强的贡献高达19.5%,；1.8≤D＜4.0mm的雨滴雨强对总雨强的贡献高达46.5%，平均数浓度占总数浓度百分比仅有9.9%；D≥4.0mm的雨滴雨强对总雨强的贡献为28.9%，平均数浓度占总数浓度百分比仅有1.8%。综上所述，休宁梅雨期降水过程降水相态为小雨滴和大雨滴并存，雨强主要由1.8≤D＜4.0mm的大雨滴和D≥4.0mm的少量超大雨滴雨滴贡献。

3结论

（1）休宁梅雨期降水主要是低值天气系统相伴的大范围降水性层状云。近地面气象特征主要变现为：相对湿度普遍大于90%；本站气压随着雨强变化存在明显波动；风速主要集中在0-5 m/s之间，少有阵风出现；地温波动与气温波动较为一致。

（2）梅雨期降水雨滴谱特征表现为：随着雨强增大雨滴数浓度呈现明显的增长过程，降水期间存在少量D≥4.0mm的大雨滴粒子，雨滴粒子集中在1mm左右直径档。降水相态为小雨滴和大雨滴并存，雨强主要由2≤D＜4.0mm的大雨滴和D≥4.0mm的少量超大雨滴雨滴贡献。

参考文献

[1]濮江平,张伟,姜爱军,等.利用激光降水粒子谱仪研究雨滴谱分布特性[J].气象科学,2010,30(05):701-707.

[2]申高航,高安春,周茂山,等.DSG5型降水天气现象仪观测数据分析与应用[J].气象科技,2021,49(01):40-45.

[3]杜波,马舒庆,刘达新,等.雨滴谱降水现象仪综合测试系统设计[J].气象科技,2018,46(01):56-63.

[4]吴宜,刘西川,张军,等.Parsivel激光雨滴谱仪与雨量计观测降水的一致性分析[J].

气象科技,2020,48(02):147-153.

[5]苗少宝,陆亦怀,桂华侨,等.激光雨滴谱仪降水量反演及误差修正[J].大气与环境光学学报,2011,(6):423-431.

[6]王振会,黄兴友,马舒庆,等.大气探测学.北京:气象出版社,2011.

[7]陈子健,胡向峰,陈宝君,等.河北省中南部暴雨雨滴谱特征[J].干旱气象,2019,37

(4):486-496.

作者简介：霍延风（1986.11)，汉族，天津市蓟县人，本科学历，工程师，主要从事地面气象观测及保障方面研究工作。