基于双偏振雷达的登陆台风降水微物理特征研究

Understanding the cloud microphysical characteristics and microphysical processes of landfalling typhoon is critical for the quantitative precipitation estimation and forecast. The objective of this proposal is to understand the drop size distribution (DSD) and hydrometeor classes of the landfalling typhoon in China, using the Dual-Polarization (DP) radar observations. The DP radar retrieval methods of the precipitation microphysics are firstly improved according to the characteristics of landfalling typhoons. The quantitative DSD and hydrometeor classes of landfalling typhoons are then obtained using the improved DP radar retrieval methods of the precipitation microphysics. Furthermore, the dominant microphysical process governing the microphysical characteristics is studied based on the DSD and hydrometeor classes distribution. The differences of the microphysical characteristics and process before and after landfall are revealed. This study will help to improve the quantitative precipitation estimation and forecast skill.

准确认识登陆台风降水微物理结构和过程,对于提高登陆台风定量降水估计和预报具有重要的意义。本研究重点利用先进的双偏振雷达观测,研究我国登陆台风降水粒子大小和相态等微物理特征，并分析其相应的微物理过程。针对登陆台风对现有的降水微物理结构双偏振雷达反演方法进行优化，准确获取登陆台风降水粒子大小和相态的三维结构和演变特征。基于观测的微物理结构特征,理解台风登陆登陆前后的主要微物理过程差异。通过本项目,增进对我国登陆台风降水微物理结构和过程的认识,为改善定量降水估计和业务预报能力建立基础。

登陆台风暴雨及其伴随的洪水、山体滑坡和泥石流等灾害通常造成重大人员伤亡和财产损失。准确认识登陆台风降水微物理结构和过程,对于提高登陆台风定量降水估计和预报具有重要的意义。本项目重点利用先进的双偏振雷达观测,针对登陆台风对现有的降水微物理结构双偏振雷达反演方法进行优化，准确获取登陆台风降水粒子大小和相态的三维结构特征；结合双偏振雷达观测量及其反演物理量提出了识别暖雨过程的物理方法。在此基础上分析我国登陆台风降水的雨滴大小和相态等微物理特征，并认识产生强降水的主要微物理过程。取得如下研究成果：（1）地面二维雨滴谱仪与双偏振雷达观测发现我国登陆台风降水具有独特的微物理特征，主要是由高浓度的小雨滴组成，与海洋性降水相比雨滴更小且浓度更高；与大西洋飓风和登陆台湾地区的台风相比雨滴更小且浓度更高。（2）结合双多普勒雷达合成的三维风场分析了雨带中对流单体的动力结构和相应的相态分布特征。结果显示冰相粒子在垂直方向上分为三层，从0度层往上分别为霰、雪和冰晶；与对流单体倾斜上升气流相对应，雪和霰粒子主要分布在对流单体外侧；强降水主要分布在上升气流区和霰粒子分布的区域。（3）利用双偏振观测垂直结构变化分析了主要的微物理过程，结果显示降水形成过程中总体暖雨过程占据主导地位，其中雨滴收集云滴的云水向雨水转化过程使得雨水含量快速增长，从而导致地面强降水形成。进一步分析两个强降水区域的微物理过程差异显示，上升气流区的强降水由暖雨过程占主导，从0度层到近地面的主要微物理过程分别为云滴-雨滴的自转化过程、雨滴收集云滴过程和碰并过程；霰粒子区雨水主要来源于霰粒子的融化，0度层以下由碰并过程占主导。本项目利用双偏振雷达观测揭示了我国登陆台风的微物理特征和主要微物理过程，增进了对登陆台风降水微物理的认识，为模式微物理参数化方案的发展提供了可靠的观测依据，为提高登陆台风降水预报奠定了观测基础。