摘要
南海是国家海洋强国战略布局的重点海域，也是海上丝绸之路发展的关键之地。南海强对流天气严重影响海上活动安全，但针对其降水微物理特征和微物理过程的观测研究目前仍比较匮乏，这制约了南海强降水的监测、预报以及人工干预能力的提高。本文基于布设在海南岛的双偏振雷达和二维视频雨滴谱仪（2DVD），针对中国南海热带气旋内雨带和热带飑线这两类典型的对流系统，研究了其对流区域降水的微物理特征和关键微物理过程，主要结论如下： 本文首先基于2DVD首次研究了南海热带气旋的雨滴分布特征，结果表明雨滴倾角近似满足均值为0.87°，标准差为11.09°的高斯分布。相比登陆华东和华南的西太平洋热带气旋，雨滴的直径更高，浓度更低，但整体以高浓度中小雨滴（直径小于3mm）为主，其对降水的总贡献超过98%。 为了揭示南海热带气旋雨带降水的关键微物理过程，本文利用双偏振雷达分析了热带气旋“剑鱼”内雨带的发展演变。在雨带的发展至成熟期，冰相过程中淞附过程占主导，而在雨带的消散期，以丛集过程为主。对流区域的双偏振变量以及冰水和液态水含量的垂直剖面表明近地面强降水主要由液相过程贡献。大雨滴在下落过程中碰并收集小雨滴和云滴，使得反射率因子（ZH）、差分反射率（ZDR）和差分相位率（KDP）随高度的递减而增加，雨水收集云水和雨滴之间的碰并过程在形成强降水时发挥重要作用。同时，高空初始雨滴谱的谱型会受到冰相粒子融化的影响。在强降水上方，相比干雪，受霰粒子影响区域的高空雨滴谱谱宽更宽。 针对热带飑线天气系统，本文选择一次典型飑线过程研究其在不同下垫面（海洋和陆地）的降水微物理过程。结果表明，虽然ZH相似，但在海洋段，KDP较高，ZDR较小，降水以高浓度的中小雨滴为主，且液态水含量向地面递减，雨滴的分选和蒸发过程占主导。而在陆地段，KDP较低，ZDR较大，雨滴的浓度更低，直径更大，液态水含量随高度递减而增加，雨滴对云滴的碰并收集过程占主导。 两类对流系统的ZH均呈线状，但飑线前沿的ZDR较高，KDP较小，以低浓度的大雨滴为主，而内雨带中的ZH，KDP和ZDR大值区均集中在对流中心。陆地段的飑线在近地面的液态水含量变化趋势与内雨带一致，但平均值较低，受冰相过程的影响更大。
NETL