赵坤教授课题组在降雪微物理特征和定量降雪估计研究方面取得新进展


发布时间:2020-05-20浏览次数:466



 降雪是冬季降水的常见形式,雪花的直径、形状、轴长比、下落速度、粒子谱分布等微物理特征在不同的气候背景下有着不同的表现。深入了解降雪的微物理特征,在有效区分降水类型、理解冬季降水机制、提高雷达降雪强度估计和优化模式微物理参数化方案、提高预报准确性等方面具有重要作用,对于冬季暴雪的防灾减灾有着重要的指导意义。我国的暴雪多发区是东北和西藏等地,但由于丰富的水汽供应,最大降雪强度常发生于东部地区。近期,大气科学学院赵坤教授课题组利用现代化探测技术和手段,在中国东部地区降雪微物理特征和定量降雪估计方面取得了进展。

 团队利用架设于南京江宁探空站的高精度二维视频雨滴谱仪(2DVD)对降雪进行了观测,发现该地区雪花的下落末速度、密度等均比国外的经验值偏大,这与不同地区雪花的形态、淞附和聚并过程的程度、含冰量的多少等因素有关。同时,由于雪花类型的不同进而导致的下落末速度的差异,该地区的降雪事件可以划分为低速型和高速型两类。分析还指出,该地区雪花的浓度峰值集中在0.3mm大小的粒子附近,且随粒子尺寸的增大而迅速降低。对于8 mm以上的雪花,其浓度基本稳定在1~4 mm-1m-3左右。基于多次降雪事件的观测结果,研究还建立了符合本地降雪微物理特征的降雪率(SR)与雷达反射率因子(Z)统计关系,结合天气雷达探测,有效提高了定量降雪估计的精度。

 未来,团队还将在本研究获取的本地化降雪微物理特征的基础上,对数值天气预报模式的微物理参数化方案进行改进和优化,用以提高我国东部地区降雪预报的准确性,为暴雪的防灾减灾提供帮助。

 该工作以《Snow Particle Size Distribution from a 2D Video Disdrometer and Radar Snowfall Estimation in East China》为题发表于《IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing》 (影响因子5.63)。论文第一作者为2017级硕士研究生陶然亭,赵坤教授和黄浩博士为通讯作者,南京大学为论文通讯单位。本研究受到国家重点研发计划(2017YFC1501703)、国家重点基础研究发展计划(2013CB430101,2015CB452800)、国家自然科学基金(41875053,41805025),灾害天气国家重点实验室开放研究计划,以及江苏省第五届“333高层次人才培养工程”(BRA2019037)的共同资助。

Ranting Tao, Kun Zhao, Hao Huang, Long Wen, Guifu Zhang, Ang Zhou, Haonan Chen, Snow Particle Size Distribution From a 2-D Video Disdrometer and Radar Snowfall Estimation in East China, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, in press doi:10.1109/TGRS.2020.2990920.

 图1. (a)基于南京地区2DVD和称重式降水传感器所收集的降雪观测数据建立的雪密度与粒径的关系式,图中填色表示数据点的散点密度,红色实线和虚线分别表示雪密度与粒径的拟合关系式与经验关系式;(b)低速与高速型降雪事件的下落终速关系曲线分别由蓝色和粉色实线表示,黑色虚线为所有降雪事件的平均速度曲线。

 图2. (a)基于2DVD在南京地区降雪事件中的观测数据反演的雷达反射率因子(Ze)与降雪率(SR)关系的散点图,黑色实线表示:最佳拟合关系式。;(b)2018年1月4日,基于Ze-SR得到的21-h累计降雪量,图中黑色实心三角形表示NJRD,黑色叉表示2DVD 的位置,黑色实心点表示各个地面自动观测站点的位置并附有站点21-h累积降雪量的观测值(mm)。


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