一次典型西风槽型降水过程的双通道微波辐射计探测分析
作者：jnscsh 时间：2022-02-15 08:40:52 浏览次数：次
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1 双通道微波辐射计简介
双通道微波辐射计是根据基尔霍夫定律，即物体对于某个波段有强烈的吸收，必然在该波段有强烈的辐射。再根据大气辐射传输理论，在40 GHz以下频率，大气透过率主要由水汽含量V和云中液水含量L所决定，因此就可以选择工作在最佳频率的微波辐射计，通过测量大气辐射亮温的方法来反演测量该路径上的V和L。因此，该文双通道辐射计采用了2个通道的辐射计，其中心频率分别为23.8 GHz和31.65 GHz，分别对大气中的水汽含量及云中液态水含量敏感。该测量系统可以实时自动测量2个路径上的V和L，连续监测地面大气环境（气温、相对湿度、气压）和大气中的水汽和云中液态水的演变过程，为人工影响天气部门选择最佳作业时机提供依据。
2 天气环流形势
2012年10月27日傍晚至28日白天沈阳地区降阵雨。500 Hpa高空图如图1所示，通过分析可以看出：在内蒙古东部靠近辽宁西部地区，有一个东北—西南向高空槽，此高空槽东移南下影响辽宁，槽前冷锋云系在辽宁地区上空；地面图如图2所示，通过分析可以看到：辽宁地区处于低压区域内，地面有冷锋过境，沈阳地区开始降雨。分析辽宁省人工增雨天气概念模型[7]，本次降水天气过程是一次典型的高空槽配合地面冷锋移过辽宁省境内产生的西风槽型降水，该降水云系为层状云降水。由于西风槽类型的降水占我省降水过程的40%左右，因此，本个例在一定程度上也代表了西风槽降水系统中大气的云水特征。
3 探测资料的对比分析
在10月27日傍晚16：00前后的降水过程中，双通道微波辐射计探测到大气中水汽含量及云中液态水含量的变化，具体如图3所示。同时，翻斗式雨量计也测到降水量记录，具体如图4所示。将同一时段（时刻）内的天气实况与辐射计及雨量计测得的数据进行对比，具体如表1所示。
可以看出，14：22—15：36一直是阴天，避光高层云，天气比较稳定，辐射计测得的天顶方向液态水及水汽含量均稳定地分别维持在0.03～0.05 mm和47.66～48.09 mm的范围内。15：50前（即开始降水之前的时间段内）：液态水含量曲线在开始阶段缓慢增加到后来迅速增加，而水汽含量则呈现反向趋势。经过多次降水过程的观测，降水之前均呈现同样的状态曲线，只是云系的不同曲线增加的曲率不同。在实际的人工增雨过程中，如果在增雨地点有辐射计进行测量，可以在此阶段开始实施人工增雨作业，播撒催化剂，能够有效地使层状云中过冷水转化为降水，同时潜热的释放还可以促使云和降水的发展和持续，以达到增雨的目的。15：50开始掉雨点，雨层云，因开始降水时强度小，雨量有一个累积的过程，此时雨量计还没有雨量记录，比实际降水时间滞后2～3 min。液态水含量值达2.09 mm，水汽含量为20.95 mm，为一个波谷，说明在此天顶方向的大气中，液态水达到降水的阈值，同时水汽含量也达到最低值。符合其水汽与液态水互相转化的关系。也说明此次降水过程的云系产生降水时的液水含量的阈值为2.09 mm。经过多次的观测，不同云系、不同强度的降水其阈值也不同。15：53：52液态水含量值升至第1峰值为3.17 mm，水汽含量也达到峰值的82.23 mm。由雨量计记录曲线可以看出：此时的降水量纪录值开始急剧上升，目视室外，感觉降大雨。此时说明：液态水含量值与降水强度对应，成正相关关系；水汽含量也增加并达到峰值，说明水汽不断由云底（侧）输入补充。15：56：41液态水值处于波谷的0.59 mm，此时看雨量计记录曲线可以看出降水量曲线增幅减缓，更说明了液水值的大小与雨强有正比的对应关系。16：00液水值与水汽含量值再一次同时到达峰值，分别为3.75 mm和69.36 mm，此时雨量计的降水量值纪录也显示急剧上升，又一次证明液水与水汽含量与雨强有正比关系。云中又进行了一次水分循环。16：00—16：02液态水含量开始下降，水汽含量也开始下降，之后雨量计显示的降水也开始减弱。16：02液态水含量为2.13 mm，水汽含量为19.78 mm，均是整个降水过程中的最低值，作为液态水形成的源泉，已经不足以继续为液态水的形成做贡献了，之后液水值不断下降，直至3.9 mm。16：09液水值为0.08 mm，雨量计记录显示雨停。
4 结语
通过多次降水过程的观测，各降水过程前后的辐射计的水汽及液水含量曲线基本趋势一致，只是降水过程类型及降水云系的不同，其数值也不尽相同。通过10月27日傍晚时分降水过程的分析可以具体得出以下结论：
（1）辐射计对云中液态水及大气中水汽的感应相当灵敏，并且可以实时、连续地对大气进行监测，是很好的探测云中液态水和水汽含量的工具。
（2）在降水开始之前，辐射计探测到的液态水含量值迅速增加，到达某一值时开始降水。此阶段可以开始进行人工增雨作业，可以有效地促进过冷水的增加，对人工增雨作业开始时间的选择有一定的指示意义。
（3）本次降水过程为层状云降水，与之相对应的液态水及水汽含量有一个达到降水时刻的阈值。由以往的降水过程可以看出，降水云系不同，其阈值也不同。今后可以累积资料进行统计分析，对降水的临近预报有帮助。
（4）降水开始前液水含量增加，水汽含量下降；降水结束阶段，液水含量下降，而水汽含量增加，呈现反向状态；在降水过程中液水含量值的大小与雨强有正比关系，不乏也有雨水贡献在其中的原因；而水汽含量的变化波动较多也较剧烈，有时与液水的变化同向有时则反向，有2次峰谷，说明降水过程中水汽转换成液态水的同时，水汽不断由云底（侧）输入，液态降水粒子不断形成、不断补充、不断下降，从而完成了2次的水分循环。
5 参考文献
[1] 黄彦彬，德力格尔，王振会.利用地基双通道微波辐射计遥感青藏高原大气云水特征[J].南京气象学院学报，2001，24（3）：391-397.
[2] 段英，吴志会.利用地基遥感方法检测大气中汽态、液态水含量分布特征[J].应用气象学报，1999，10（1）：34-40.
[3] 贺宏兵，杜晓勇，胡明宝.遥感反演水汽总量和云水的研究[J].气象科学，2000，20（2）：194-199.
[4] 苏立娟，张自国，马惠萍.双通道微波辐射计在人工增雨作业中的应用研究[J].内蒙古气象，1999（3）：25-30.
[5] 朱元竞，赵柏林，甄进明，等.微波辐射计在人工影响天气中的应用[J].北京大学学报（自然科学版），1994，30（9）：597-606.
[6] 雷恒池，魏重，沈志来.微波辐射计探测降雨前水汽和云液水[J].应用气象学报，2001，12（增刊1）：73-79.