基于毫米波云雷达的伊犁河谷两次强降雪过程云特征观测分析
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收稿日期：2019-06-12；修回日期：2019-07-10 基金项目：中亚大气科学研究基金（CAAS201914）；国家重点研发计 划重点专项（2018YFC1507102） 作者简介：张晋茹（1992—），女，实习研究员，主要从事云降水物理天 气研究工作。E-mail：751639350@qq.com 通讯作者：杨莲梅（1969—），女，研究员，主要从事灾害性天气研究。 E-mail：yanglm@idm.cn
第 13 卷 第 5 期 2019 年 10 月
沙漠与绿洲气象
Desert and Oasis Meteorology
研究论文
张晋茹，杨莲梅.基于毫米波云雷达的伊犁河谷两次强降雪过程云特征观测分析[J].沙漠与绿洲气象，2019，13（5）：41-48. doi：10.12057/j.issn.1002-0799.2019.05.006
特征和微物理变化进行分析。结果表明：（1）“2·1”过程云阶段性变化明显“，2·6”过程云的阶段性
变化不明显，1 km以下雪粒子下降速度“2·1”过程整体上小于“2·6”过程，1 km以下“2·1”过程雪
粒子下降速度随时间的变化呈现先减小后增加的趋势，而“2·6”过程程雪粒子下降速度随时间的
变化呈现从大到小的趋势，这可能是“2·1”过程云阶段性变化明显而“2·6”过程中云阶段性变化
dBZ=10·lg
Ze Z0
（Z0=1 mm6/m3）。
wk.baidu.com
（1）
云雷达的径向速度是雷达采样体积中群组粒子
在静止空气中的平均下降速度与空气垂直速度之
和，即
V =V g+V m ，
（2）
其中，V 是径向速度，V g 是粒子群平均下落速度，V m
是空气垂直运动速度[23]。V 为正时表示速度向上，为
1 资料与方法
1.1 数据资料
观测使用 Ka 波段毫米波云雷达 （8.6 mm 波
长），采用全固态、全相参、脉冲多普勒、脉冲压缩、单
发单收线极化体制，由天线、收发模块、数字接收机
和加电模块组成，天线直径为 1.8 m，垂直分辨率为
30 m，时间分辨率为 1 min，探测高度 0.12~20 km，
可 24 h 连续观测。新源站是一般气象站，地面气象
20~35 dBZ，雪粒子含水量集中在0.1~0.26 g/m3。
关键词：毫米波云雷达；伊犁河谷；强降雪；反射率因子；径向速度
中图分类号：P426.5
文献标识码：A
文章编号：1002-0799（2019）05-0041-08
新疆是干旱半干旱气候，但由于三山夹两盆的 特殊地形，特别是在冬季新疆北部，极锋急流频繁南 下，新疆是中国冬季降雪最多、积雪最丰富的三大区 域之一[1]，许多学者从大尺度环流背景、天气尺度和 中尺度系统、水汽特征等方面对新疆降雪进行了研 究[2-10]。也有不少研究人员应用卫星资料对新疆地区 非降水云和降水云宏微观物理特性进行了研究[11-16]。 但卫星资料的时空分辨率低，穿透云的能力限制，不 能对降雪过程进行一次完整的观测。毫米波云雷达 具有很高的灵敏度和时空分辨率，能够探测晴空云 微小粒子结构和微物理特性，也还能够对弱降水和
第 13 卷 第 5 期 2019 年 10 月
开展中亚极端降水强化观测试验，2019 年 1 月 22 日将毫米波云雷达安装于新源气象站 （43毅27忆 N， 83毅18忆 E）进行观测。本文提取了毫米波云雷达反射 率因子、径向速度参数，对伊犁河谷新源地区两次强 降雪过程进行宏微观结构特征观测分析，利用毫米 波云雷达进行雪粒子含水量的反演。
不明显的原因；（2）1 km以下反射率因子较大和雪粒子下落速度较大同时满足时，两次过程地面
小时降雪量较大。降雪消散阶段“2·6”过程对流运动比“2·1”过程剧烈，强烈的对流运动使得“2·
6”过程降雪快速消散，地面降雪量迅速减小；（3）“2·1”过程旺盛阶段3 km以下反射率因子集中在
20~30 dBZ，雪粒子含水量集中在0.1~0.18 g/m3，“2·6”过程旺盛阶段2 km以下反射率因子集中在
基于毫米波云雷达的伊犁河谷两次强降雪 过程云特征观测分析
张晋茹1，2，杨莲梅1，2*
（1.中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所，新疆 乌鲁木齐 830002；2中亚大气科学研究中心，新疆 乌鲁木齐 830002）
摘 要：利用 Ka 波段毫米波云雷达、地面气象综合观测资料对伊犁河谷2019年2月1日00
时—2日03时BT（简称“2·1”过程）和2月6日10—20时BT（简称“2·6”过程）两次强降雪过程云宏观
降雪系统宏观结构观测和微物理参数的反演[17]。陈 羿辰等[17]利用毫米波云雷达对降雪系统进行观测分 析，结果表明降雪发展旺盛时期雪粒子含水量在 0.05耀0.15 g/m3。王柳柳等[18]利用云雷达进行冻雨— 降雪微物理和动力特征分析，结果表明冻雨和降雪 过程初始时期形成的平均粒子半径分别在 40 滋m 和 120 滋m 附近。王德旺等[19]利用偏振云雷达、雨滴 谱仪和探空联合观测一次混合型层状云降水得到在 较强回波区，云水含量为 0.5耀0.8 g/kg，雨水含量为 0.2 g/kg，空气垂直速度为 0.6耀1.0 m/s。李海飞等[20]利 用云雷达对淮南冬季云宏观特性进行研究，该地区 冬季云底高度在 0.21耀11.0 km，云顶分布在 0.36耀 11.3 km，云厚度为 0.1耀8.3 km。
综合观测资料包含地面温度、湿度、能见度、降雪量，
时间分辨率都为 1 h。
1.2 云雷达参数
反射率因子是单位体积中粒子直径 6 次方的总
和，用 Ze 表示，常用单位是 mm6/m3，由于反射率因子 变化范围很大，甚至能够跨越数个数量级，为了应用
方便，通常用 dBZ 来表示反射率因子的大小[22]，即：
伊犁河谷位于新疆西部，是新疆乃至全国天气 系统的上游，对下游地区天气系统具有较强的指示 意义，同时伊犁河谷也是全疆的降水中心[21]，新源是 伊犁河谷地区具有代表性的降水区域。中国气象局 乌鲁木齐沙漠气象研究所于 2018 年 12 月在西天山
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研究论文
沙漠与绿洲气象 Desert and Oasis Meteorology
第 13 卷 第 5 期 2019 年 10 月
沙漠与绿洲气象
Desert and Oasis Meteorology
研究论文
张晋茹，杨莲梅.基于毫米波云雷达的伊犁河谷两次强降雪过程云特征观测分析[J].沙漠与绿洲气象，2019，13（5）：41-48. doi：10.12057/j.issn.1002-0799.2019.05.006
特征和微物理变化进行分析。结果表明：（1）“2·1”过程云阶段性变化明显“，2·6”过程云的阶段性
变化不明显，1 km以下雪粒子下降速度“2·1”过程整体上小于“2·6”过程，1 km以下“2·1”过程雪
粒子下降速度随时间的变化呈现先减小后增加的趋势，而“2·6”过程程雪粒子下降速度随时间的
变化呈现从大到小的趋势，这可能是“2·1”过程云阶段性变化明显而“2·6”过程中云阶段性变化
dBZ=10·lg
Ze Z0
（Z0=1 mm6/m3）。
wk.baidu.com
（1）
云雷达的径向速度是雷达采样体积中群组粒子
在静止空气中的平均下降速度与空气垂直速度之
和，即
V =V g+V m ，
（2）
其中，V 是径向速度，V g 是粒子群平均下落速度，V m
是空气垂直运动速度[23]。V 为正时表示速度向上，为
1 资料与方法
1.1 数据资料
观测使用 Ka 波段毫米波云雷达 （8.6 mm 波
长），采用全固态、全相参、脉冲多普勒、脉冲压缩、单
发单收线极化体制，由天线、收发模块、数字接收机
和加电模块组成，天线直径为 1.8 m，垂直分辨率为
30 m，时间分辨率为 1 min，探测高度 0.12~20 km，
可 24 h 连续观测。新源站是一般气象站，地面气象
20~35 dBZ，雪粒子含水量集中在0.1~0.26 g/m3。
关键词：毫米波云雷达；伊犁河谷；强降雪；反射率因子；径向速度
中图分类号：P426.5
文献标识码：A
文章编号：1002-0799（2019）05-0041-08
新疆是干旱半干旱气候，但由于三山夹两盆的 特殊地形，特别是在冬季新疆北部，极锋急流频繁南 下，新疆是中国冬季降雪最多、积雪最丰富的三大区 域之一[1]，许多学者从大尺度环流背景、天气尺度和 中尺度系统、水汽特征等方面对新疆降雪进行了研 究[2-10]。也有不少研究人员应用卫星资料对新疆地区 非降水云和降水云宏微观物理特性进行了研究[11-16]。 但卫星资料的时空分辨率低，穿透云的能力限制，不 能对降雪过程进行一次完整的观测。毫米波云雷达 具有很高的灵敏度和时空分辨率，能够探测晴空云 微小粒子结构和微物理特性，也还能够对弱降水和
第 13 卷 第 5 期 2019 年 10 月
开展中亚极端降水强化观测试验，2019 年 1 月 22 日将毫米波云雷达安装于新源气象站 （43毅27忆 N， 83毅18忆 E）进行观测。本文提取了毫米波云雷达反射 率因子、径向速度参数，对伊犁河谷新源地区两次强 降雪过程进行宏微观结构特征观测分析，利用毫米 波云雷达进行雪粒子含水量的反演。
不明显的原因；（2）1 km以下反射率因子较大和雪粒子下落速度较大同时满足时，两次过程地面
小时降雪量较大。降雪消散阶段“2·6”过程对流运动比“2·1”过程剧烈，强烈的对流运动使得“2·
6”过程降雪快速消散，地面降雪量迅速减小；（3）“2·1”过程旺盛阶段3 km以下反射率因子集中在
20~30 dBZ，雪粒子含水量集中在0.1~0.18 g/m3，“2·6”过程旺盛阶段2 km以下反射率因子集中在
基于毫米波云雷达的伊犁河谷两次强降雪 过程云特征观测分析
张晋茹1，2，杨莲梅1，2*
（1.中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所，新疆 乌鲁木齐 830002；2中亚大气科学研究中心，新疆 乌鲁木齐 830002）
摘 要：利用 Ka 波段毫米波云雷达、地面气象综合观测资料对伊犁河谷2019年2月1日00
时—2日03时BT（简称“2·1”过程）和2月6日10—20时BT（简称“2·6”过程）两次强降雪过程云宏观
降雪系统宏观结构观测和微物理参数的反演[17]。陈 羿辰等[17]利用毫米波云雷达对降雪系统进行观测分 析，结果表明降雪发展旺盛时期雪粒子含水量在 0.05耀0.15 g/m3。王柳柳等[18]利用云雷达进行冻雨— 降雪微物理和动力特征分析，结果表明冻雨和降雪 过程初始时期形成的平均粒子半径分别在 40 滋m 和 120 滋m 附近。王德旺等[19]利用偏振云雷达、雨滴 谱仪和探空联合观测一次混合型层状云降水得到在 较强回波区，云水含量为 0.5耀0.8 g/kg，雨水含量为 0.2 g/kg，空气垂直速度为 0.6耀1.0 m/s。李海飞等[20]利 用云雷达对淮南冬季云宏观特性进行研究，该地区 冬季云底高度在 0.21耀11.0 km，云顶分布在 0.36耀 11.3 km，云厚度为 0.1耀8.3 km。
综合观测资料包含地面温度、湿度、能见度、降雪量，
时间分辨率都为 1 h。
1.2 云雷达参数
反射率因子是单位体积中粒子直径 6 次方的总
和，用 Ze 表示，常用单位是 mm6/m3，由于反射率因子 变化范围很大，甚至能够跨越数个数量级，为了应用
方便，通常用 dBZ 来表示反射率因子的大小[22]，即：
伊犁河谷位于新疆西部，是新疆乃至全国天气 系统的上游，对下游地区天气系统具有较强的指示 意义，同时伊犁河谷也是全疆的降水中心[21]，新源是 伊犁河谷地区具有代表性的降水区域。中国气象局 乌鲁木齐沙漠气象研究所于 2018 年 12 月在西天山
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研究论文
沙漠与绿洲气象 Desert and Oasis Meteorology