王 俊 叢春華 王 洪 張秋晨

1 山東省氣象科學(xué)研究所，濟(jì)南 250031

2 山東省人民政府人工影響天氣辦公室，濟(jì)南 250031

3 山東省氣象臺，濟(jì)南 250031

提 要： 利用河南商丘、山東肥城和壽光、遼寧旅順和長海5個觀測點(diǎn)的Parsivel型降水天氣現(xiàn)象儀觀測資料，分析了2018年登陸臺風(fēng)溫比亞深入內(nèi)陸后的雨滴譜演變特征，主要結(jié)果為：商丘、肥城和壽光不同雨強(qiáng)的平均雨滴譜類似，小雨滴濃度較高、大雨滴濃度偏低，部分平均譜具有平衡雨滴譜特征；旅順和長海的平均雨滴譜則相反，小雨滴濃度較低、大雨滴濃度偏高，平均雨滴譜具有冰相控制雨滴譜特征。商丘、肥城和壽光的雷達(dá)反射率-雨強(qiáng)(Z-R)關(guān)系類似，旅順和長海的Z-R關(guān)系類似，這兩者的指數(shù)有較大差異，表明降水的微物理特征有明顯不同。雨滴譜參數(shù)分布顯示，商丘、肥城和壽光對流降水具有海洋性對流降水雨滴譜特征，云中微物理過程主要是碰并增長為主的暖雨過程，以及暖雨-冰相混合過程；旅順和長海的對流降水具有大陸性對流降水雨滴譜特征，云中微物理過程主要以暖雨-冰相混合和冰相兩類為主。表明“溫比亞”在河南、山東雖然不斷受冷空氣的影響，云中微物理特征沒有明顯變化，但減弱成溫帶氣旋后在遼寧沿海的云中微物理過程發(fā)生了顯著改變。

引 言

臺風(fēng)(熱帶氣旋)是在中國沿海地區(qū)產(chǎn)生暴雨的主要天氣系統(tǒng)之一。由雙偏振雷達(dá)和降水天氣現(xiàn)象儀等組成的遙感觀測網(wǎng)的建設(shè)，為研究臺風(fēng)暴雨降水云系的微物理結(jié)構(gòu)和形成機(jī)制提供了觀測基礎(chǔ)，近年來針對臺風(fēng)降水微物理特征研究逐漸增多。

Chen et al(2012)利用Parsivel激光雨滴譜儀觀測資料，分析發(fā)現(xiàn)2009年臺風(fēng)莫拉克登陸后，外圍雨帶和眼壁降水的微物理特征有明顯差異，眼壁降水的雨滴譜有更多大雨滴，并推測外圍雨帶和眼區(qū)的層狀降水是由霰粒子或凇附冰粒融化形成的。Bao et al(2019)分析了2013年臺風(fēng)菲特外圍雨帶和沿海鋒面狀雨帶的雨滴譜特征，兩種對流雨帶具有不同的雨滴譜參數(shù)，雨滴譜伽馬分布的形狀因子μ和斜率λ之間的關(guān)系(μ-λ關(guān)系)，以及雷達(dá)反射率-雨強(qiáng)關(guān)系(Z-R關(guān)系)也明顯不同。2018年臺風(fēng)瑪莉亞外圍雨帶和內(nèi)雨帶雨滴譜特征也不同(Bao et al，2020a)，內(nèi)雨帶暖云中碰撞-碰并過程占主導(dǎo)地位，兩種雨帶降水的Z-R關(guān)系有一定的差別。2019年臺風(fēng)利奇馬眼壁降水比螺旋雨帶降水有更大的平均質(zhì)量加權(quán)直徑Dm，μ-λ關(guān)系有顯著差異(Bao et al，2020b)。Feng et al(2020)分析表明臺風(fēng)登陸前外圍雨帶、內(nèi)核心及登陸后外圍降水的雨滴譜特征明顯不同，但不同地點(diǎn)同一類型降水的雨滴譜特征是相似的。

Wang et al(2016)發(fā)現(xiàn)2014年臺風(fēng)麥德姆期間發(fā)生的對流降水比典型海洋性對流降水有更小的雨滴直徑和更大的雨滴濃度，對流降水以暖雨微物理過程為主。Wen et al(2018)利用廣州和南京兩地的二維視頻雨滴譜儀觀測資料，分析了7個登陸臺風(fēng)的雨滴譜特征，華南沿海和華東陸地臺風(fēng)的雨滴譜參數(shù)只有微小的差異，隨著雨強(qiáng)增加，雨滴譜的差異越來越小，說明不同臺風(fēng)的微物理過程是相似的，在強(qiáng)降雨期間達(dá)到了平衡狀態(tài)。Chen et al(2019)研究表明，南京地區(qū)臺風(fēng)外圍對流帶具有海洋性對流降水特征，也表現(xiàn)出低緯度對流型暖雨的典型雨滴譜特征(Dolan et al，2018)。2018年臺風(fēng)瑪莉亞的對流性內(nèi)雨帶和外圍雨帶Z-R關(guān)系不同，內(nèi)雨帶碰并過程在雨滴的形成中占主導(dǎo)地位，各種參數(shù)關(guān)系的差異證實了臺風(fēng)各個雨區(qū)降水有不同微物理機(jī)制(Bao et al，2020a)。Chen et al(2020)利用深圳356 m氣象塔不同高度的雨滴譜儀觀測資料，分析發(fā)現(xiàn)越靠近地面，雨滴譜有更多的中等尺寸雨滴和較少的大雨滴。

目前的研究集中在臺風(fēng)不同雨帶降水雨滴譜和參數(shù)分布特征及形成機(jī)制的分析，但中國東部臺風(fēng)登陸后可以持續(xù)很長時間(徐亞欽等，2018；朱紅芳等，2019；王葉紅等，2019；梁軍等，2019；卜松和李英，2020；申高航等，2021；吳天貽等，2021)。例如，2018年8月17—20日臺風(fēng)溫比亞在上海附近登陸后，向西北方向穿越上海、江蘇、安徽、河南，然后向東北方向穿過山東進(jìn)入渤海灣。本文利用2018年臺風(fēng)溫比亞影響內(nèi)陸期間的降水天氣現(xiàn)象儀觀測資料，選取河南商丘、山東肥城、壽光和遼寧旅順、長海共5個觀測點(diǎn)來分析臺風(fēng)溫比亞深入內(nèi)陸后雨滴譜演變特征。這對于認(rèn)識臺風(fēng)降水系統(tǒng)在內(nèi)陸不斷受冷空氣、地形效應(yīng)等因素的作用后，降水形成的微物理機(jī)制和微物理特征的演變規(guī)律有積極意義，也為改進(jìn)臺風(fēng)模型中的微物理參數(shù)化方案及定量降水預(yù)報提供依據(jù)。

1 資料和方法

所用資料包括2018年8月17—20日商丘、肥城、壽光、旅順和長海降水天氣現(xiàn)象儀觀測數(shù)據(jù)，Parsivel降水天氣現(xiàn)象儀的降水粒子譜數(shù)據(jù)有32個尺度通道和32個速度通道，粒子尺度測量的32個通道對應(yīng)的直徑為0.062～24.5 mm，測量速度為0.05～20.8 m·s-1，儀器采樣時間設(shè)定為1 min，采樣截面積為18 cm×3 cm=54 cm2(L?ffler-Mang and Joss,2000)。Parsivel降水天氣現(xiàn)象儀可作為天氣傳感器用來識別雨、雪、濕雪和冰雹等(Yuter et al，2006；Battaglia et al，2010；Friedrich et al，2013；王俊等，2021)。

由于受環(huán)境和各種天氣條件的影響，降水天氣現(xiàn)象儀觀測資料應(yīng)用需要進(jìn)行質(zhì)量控制。強(qiáng)風(fēng)影響、濺落粒子和邊緣效應(yīng)是三個主要誤差源(Friedrich et al，2013)，另外，同一直徑的雨滴由于受各種因素影響，觀測到的雨滴落速有很大差別，其質(zhì)量控制的第一步是去掉偏離雨滴落速-直徑經(jīng)驗關(guān)系較大的粒子。本文質(zhì)量控制采用去除偏離經(jīng)驗雨滴落速-直徑±60%的粒子(Jaffrain and Berne，2011)；第二步是考慮邊界效應(yīng)，根據(jù)Jaffrain and Berne(2011)給出的方法對不同直徑粒子的有效采樣面積進(jìn)行訂正。自然降水中雖然也存在直徑超過9 mm的超大雨滴(Gatlin et al，2015)，但一般降水中直徑大于8 mm的雨滴很少，因此直徑大于8 mm的粒子也去掉。另外，質(zhì)量控制也去掉了兩個最小直徑檔數(shù)據(jù)。2011年P(guān)arsivel雨滴譜儀升級后觀測質(zhì)量有所提高(Tokay et al，2014)。Wen et al(2017)分析發(fā)現(xiàn)，Parsivel第二代雨滴譜儀觀測資料如不進(jìn)行形變訂正，則測量的累計降水量比自動站偏少13.3%，比第一代偏少16.5%，其觀測質(zhì)量有明顯提高。本文參考呂童(2018)、Ji et al(2019)和Wang et al(2021)的研究也不對直徑進(jìn)行訂正。

利用雨滴譜儀觀測資料，雨滴譜計算公式為：

(1)

式中：Ar是Parsivel降水現(xiàn)象儀取樣面積，單位：m2，訂正后為180×(30-Dj/2)×10-6m2(Jaffrain and Berne，2011)；Δt為60 s,是取樣時間；nij是第j個直徑通道、第i個速度通道的雨滴濃度，單位：個·(60 s)-1；Vi是第j個直徑通道、第i個速度通道對應(yīng)的雨滴落速，單位：m·s-1；Dj是第j個直徑通道的平均直徑，單位：mm；ΔDj是第j個直徑通道的寬度，單位：mm；N(Dj)是第j個直徑通道Dj至Dj+ΔDj的雨滴數(shù)密度，單位：m-3·mm-1。

常用的歸一化伽馬譜分布公式(Willis，1984；Testud et al，2001)為：

(2)

其中，

(3)

(4)

(5)

(6)

式中：W是雨水含量，單位：g·m-3；ρw是雨水密度，單位：g·m-3；Nw是歸一化伽馬分布的截距參數(shù)，單位：m-3·mm-1；Dm是平均質(zhì)量加權(quán)直徑，單位：mm；μ為無量綱的形狀因子；Γ(x)為伽馬函數(shù)；M3、M4分別是第三和第四階矩；Dmax是雨滴譜譜寬，單位：mm，表示最大雨滴直徑和最小雨滴直徑的差，或者直接用最大雨滴直徑表示。另外，雨滴總濃度(NT，單位：m-3)、雨強(qiáng)(R，單位：mm·h-1)和雷達(dá)反射率因子(Z，單位：mm6·m-3)也可以利用雨滴尺度譜式(1)分別計算出:

(7)

(8)

(9)

2 5個觀測點(diǎn)雨滴譜演變特征

2018年8月17日凌晨“溫比亞”在上海登陸，登陸后向西北方向移動，臺風(fēng)中心穿越上海、江蘇、安徽、河南南部，19日凌晨在河南商丘附近開始轉(zhuǎn)向東北方向移動，20日早晨從山東北部出海加強(qiáng)，在渤海南部變性為溫帶氣旋。降水主要分為登陸前后、深入內(nèi)陸并轉(zhuǎn)向及冷空氣作用和變性三個階段(楊舒楠和端義宏，2020)，商丘、肥城和壽光觀測點(diǎn)降水云系主要為臺風(fēng)外圍螺旋雨帶，以及西風(fēng)槽東移與臺風(fēng)環(huán)流作用在臺風(fēng)北部形成的大范圍強(qiáng)降水云系(高拴柱，2020)，19日夜間至20日白天，變性減弱的臺風(fēng)殘余環(huán)流與弱冷空氣相互作用是產(chǎn)生極端降水的重要原因。旅順和長海觀測點(diǎn)臺風(fēng)外圍螺旋雨帶降水比較弱，降水主要是由臺風(fēng)中心北部大范圍降水云系造成。本文主要關(guān)注各個觀測點(diǎn)降水雨滴譜的總體變化特征，所以不細(xì)分螺旋雨帶和臺風(fēng)附近強(qiáng)對流等不同位置降水云系的微物理特征。

此次過程商丘主要降水時段為8月18—19日，圖1a1、1a2是雨滴譜計算的雨強(qiáng)和雨滴譜N(D)隨時間的演變。其中，19日01:15—04:49資料缺測。18日04:00至19日01:00是連續(xù)降水時段，也是商丘的主要降水時段，10:00和17:00前后是兩個強(qiáng)降水時段。第一時段在09:51有最大雨強(qiáng)(151.1 mm·h-1)，其中09:49—10:17的雨強(qiáng)大于100 mm·h-1，雨滴譜具有較大譜寬(Dmax)和較大粒子數(shù)密度，雨滴譜譜寬在4.75～6.5 mm；粒子數(shù)密度最大為6391.8 m-3·mm-1，但一般小于5000 m-3·mm-1。第二時段的強(qiáng)降水出現(xiàn)在18日16:46—17:37，17:06有極大雨強(qiáng)(74.1 mm·h-1)，這一階段粒子數(shù)密度最大為3903.1 m-3·mm-1，最大譜寬為4.75 mm，小粒子峰值直徑在0.562～0.812 mm。18日19:00至19日01:15是弱降水時段，雨強(qiáng)逐漸減小，一般小于10 mm·h-1，雨滴譜有較窄粒子譜寬，最大譜寬為3.12 mm，粒子數(shù)密度最大為1819.4 m-3·mm-1。19日05:00—13:00也是弱降水時段，雨滴譜有最窄的粒子譜寬，最大譜寬僅為2.75 mm，一般小于2.0 mm；但粒子數(shù)密度大，最大為6242.1 m-3·mm-1。

肥城(圖1b1,1b2)，主要降水時段出現(xiàn)在18日01:00至19日19:40，其中18日09:00—12:20 資料缺測。肥城最大雨強(qiáng)為103.5 mm·h-1，比商丘最大雨強(qiáng)小得多。雨滴譜譜寬偏小，最大為5.5 mm。小粒子最大數(shù)密度也比商丘低，最大只有4502.2 m-3·mm-1，對應(yīng)的峰值直徑為0.562 mm。19日09:26—19:40較弱降水時段，最大雨強(qiáng)為33.4 mm·h-1，譜寬一般小于3.75 mm，但有較大的粒子數(shù)密度，最大(4333.9 m-3·mm-1)出現(xiàn)在降水結(jié)束時期，對應(yīng)的峰值直徑僅為0.437 mm。

壽光(圖1c1,1c2)強(qiáng)降水時段出現(xiàn)在降水后期，最大雨強(qiáng)(121.4 mm·h-1)出現(xiàn)在19日20:58，最大雨強(qiáng)比肥城大，但比商丘小。強(qiáng)降水時段最大譜寬為5.5 mm，粒子數(shù)密度最大為5212.6 m-3·mm-1。

旅順(圖1d1,1d2)19日14:00至20日04:13主要是層狀降水，該時段最大譜寬不大于3.25 mm，粒子數(shù)密度也比較低，最大僅為668.3 m-3·mm-1。20日04:14—12:00是強(qiáng)降水時段，屬于溫帶氣旋降水，最大雨強(qiáng)為115.9 mm·h-1，最大譜寬為6.5 mm；最大粒子數(shù)密度為10 069.1 m-3·mm-1，但該高值出現(xiàn)在較小雨強(qiáng)時(21.6 mm·h-1)，對應(yīng)的粒子直徑只有0.3125 mm。

長海(圖1e1,1e2)19日23:01至20日03:00弱降水的雨滴譜譜寬不大于3.25 mm，粒子數(shù)密度一般不超過100 m-3·mm-1。20日04:21—10:00是長海主要降水時段(05:35—06:05資料有缺測)，屬于溫帶氣旋降水，最大雨強(qiáng)為129.4 mm·h-1，該時段有大的粒子譜寬，最大譜寬為7.5 mm。小粒子數(shù)密度也比較大，最大值(9080.1 m-3·mm-1)出現(xiàn)在強(qiáng)降水減弱階段(20日08:08)，對應(yīng)的粒子直徑為0.3125 mm。

圖1 2018年8月18—20日(a1,a2)商丘、(b1,b2)肥城、(c1,c2)壽光、(d1,d2)旅順、(e1,e2)長海各站(a1,b1,c1,d1,e1)雨強(qiáng)和(a2,b2,c2,d2,e2)雨滴譜隨時間的演變

3 雨滴譜和參數(shù)統(tǒng)計特征

3.1 平均雨滴譜特征

本文根據(jù)雨強(qiáng)大小將雨滴譜資料分成7類，分析每一類的平均雨滴譜，每一類對應(yīng)的雨強(qiáng)范圍見表1，表中還給出了5個觀測點(diǎn)在每一類雨強(qiáng)中出現(xiàn)的分鐘數(shù)。對流性降水(R>10 mm·h-1)在商丘出現(xiàn)時間最長，壽光次之，旅順也有較長時間的強(qiáng)對流降水(R>20 mm·h-1)。肥城層狀降水(R<10 mm·h-1)出現(xiàn)時間最長,壽光和商丘層狀降水持續(xù)時間也較長。

表1 雨強(qiáng)分類和5個觀測點(diǎn)對應(yīng)雨強(qiáng)持續(xù)時間

從不同觀測點(diǎn)、不同雨強(qiáng)的平均雨滴譜(圖2a～2g)對比來看，平均雨滴譜的變化有一些共同特征。除了第一類微雨降水平均雨滴譜，其他6類存在轉(zhuǎn)變直徑(Ds)，直徑小于Ds時有較大粒子數(shù)密度的平均雨滴譜，直徑大于Ds時則有較小的粒子數(shù)密度。隨著雨強(qiáng)增大Ds逐漸增大，對應(yīng)6類雨強(qiáng)的Ds分別為1.375、1.875、2.125、2.750、2.750、2.750 mm，在強(qiáng)對流降水以后穩(wěn)定在2.750 mm。商丘、肥城、壽光、旅順和長海5個觀測點(diǎn)直徑小于Ds的小粒子數(shù)密度是逐漸減小的，而直徑大于Ds的較大粒子數(shù)密度在商丘、肥城、壽光三個觀測點(diǎn)很接近，與旅順和長海有明顯差異，雨滴直徑越大差異越明顯，表明臺風(fēng)在從南向北移動過程降水雨滴譜中大直徑雨滴有增大的趨勢。

商丘、肥城和壽光的平均雨滴譜存在第二峰值，弱降水(2 mm·h-120 mm·h-1)中肥城在2 mm附近有第二峰值，在R>100 mm·h-1的1 min雨滴譜中第二峰值明顯。其他研究也有類似結(jié)果(Bao et al，2019)。另外，數(shù)值模擬顯示平衡雨滴譜在接近1.0 mm或2.0 mm時存在第二、第三峰(McFarquhar，2004；Straub et al，2010)。本次臺風(fēng)降水在R<20 mm·h-1的對流降水及層狀降水中接近1.0 mm時出現(xiàn)第二峰值，而強(qiáng)對流降水(R>20 mm·h-1)在2.0 mm附近出現(xiàn)峰值，表示出臺風(fēng)的暖雨降水中碰并、碰撞-破碎機(jī)制活躍，導(dǎo)致平衡雨滴譜的出現(xiàn)。

圖2h、2i為肥城和長海7類雨強(qiáng)的平均雨滴譜，由圖可見不同觀測點(diǎn)隨雨強(qiáng)增大平均雨滴譜的變化特征。肥城在第二～第五類雨強(qiáng)的平均雨滴譜之間在較大直徑時粒子數(shù)密度的增加是均勻的；而第五類和第六類雨強(qiáng)平均雨滴譜之間則稍有不同，即隨著直徑增大，粒子數(shù)密度增加得越大，表明雨強(qiáng)的增大更多是由較大粒子的增加所致；第七類雨強(qiáng)平均雨滴譜是典型的平衡雨滴譜；總的來看，肥城不同雨強(qiáng)的平均雨滴譜譜寬較窄，雨強(qiáng)的增大主要是由不同直徑大小粒子數(shù)密度增加所致。而長海不同雨強(qiáng)的平均雨滴譜對比表明，隨著雨強(qiáng)增大，較大直徑(特別是直徑>3.0 mm)的粒子數(shù)密度有較快的增加。商丘和壽光平均雨滴譜隨雨強(qiáng)增大的變化與肥城平均雨滴譜類似，表明這3個觀測點(diǎn)的降水受雨滴濃度影響較大，而長海和旅順降水的增加受雨滴直徑增大的影響更顯著。

圖2 2018年8月18—20日(a～g)不同雨強(qiáng)5個觀測點(diǎn)的平均雨滴譜分布,(h)肥城和(i)長海不同雨強(qiáng)平均雨滴譜分布

另外，長海和旅順的平均雨滴譜在小粒子端顯示出不一樣的特征，商丘、肥城和壽光小于1.0 mm的小粒子數(shù)密度較低，直徑小于2 mm的小粒子分布曲線是向下凹的，而長海平均雨滴譜在小粒子端有最大的粒子數(shù)密度，在R<10 mm·h-1的三類平均雨滴譜中，1.0 mm附近還存在第二峰值，對流降水中隨著雨強(qiáng)增大第二峰已消失，直徑小于2 mm的小粒子分布曲線接近直線并轉(zhuǎn)變成向上凹。Dolan et al(2018)分析表明，冰相為主的降水過程，降水雨滴譜具有向上凹的特征，這表明長海降水冰相過程已經(jīng)起到重要作用，而商丘、肥城和壽光降水則是以暖雨機(jī)制為主。Gatlin et al(2015)研究表明，高空冰相粒子在暖云中融化，然后通過碰并增長是形成大雨滴的主要原因之一，旅順和長海降水中冰相過程有重要影響，這兩個觀測點(diǎn)地面平均雨滴譜中有較多大雨滴，雨滴譜譜寬大。商丘、肥城和壽光降水中暖雨降水有重要作用，暖云中雨滴碰并、碰撞-破碎機(jī)制活躍，導(dǎo)致大雨滴減少，雨滴譜譜寬偏小。

3.2 Z-R關(guān)系

圖3是利用雨滴譜資料計算的5個觀測點(diǎn)的雷達(dá)反射率因子Z與雨強(qiáng)R(>0.1 mm·h-1)關(guān)系圖。圖3中紅色實線是5個觀測點(diǎn)所有資料擬合的對流降水(R>10.0 mm·h-1)的Z-R關(guān)系(Z=A×Rb，A和b為系數(shù))，藍(lán)色點(diǎn)劃線是各個觀測點(diǎn)資料擬合的對流降水Z-R關(guān)系。本次過程總的Z-R關(guān)系與新一代多普勒雷達(dá)對流云降水Z-R關(guān)系(Fulton et al，1998)相近，商丘、肥城和壽光的結(jié)果與“溫比亞”在浙江、上海、江蘇等地區(qū)的觀測結(jié)果(馮婉悅等，2021)基本一致，與旅順和長海有較明顯的差異。

圖3 2018年8月18—20日(a)商丘、(b)肥城、(c)壽光、(d)旅順、(e)長海雨滴譜Z-R散點(diǎn)(黑點(diǎn))和擬合線(紅色實線為5個觀測點(diǎn)全部對流數(shù)據(jù)擬合線，藍(lán)色點(diǎn)劃線為各個觀測點(diǎn)對流數(shù)據(jù)擬合線)

Rosenfeld and Ulbrich(2003)和Uijlenhoet et al(2003)研究顯示,系數(shù)A與雨滴濃度的大小有關(guān)。指數(shù)b與雨滴形成的微物理過程有關(guān)，較大的b(約為1.6)屬于典型雨滴尺寸控制，而b接近1屬于雨滴濃度控制(碰并、碰撞-破碎達(dá)到平衡狀態(tài))。不同觀測點(diǎn)Z-R關(guān)系的差異表明云中微物理特征是不同的，圖2中肥城平均雨滴譜中平衡雨滴譜特征最明顯，所以有最小的指數(shù)。商丘和壽光觀測點(diǎn)的指數(shù)只有微小的差異，說明兩地降水的微物理過程沒有明顯差別。這3個觀測點(diǎn)的結(jié)果顯示降水雨滴譜特征屬于濃度-尺寸混合控制。旅順和長海觀測點(diǎn)的指數(shù)b在1.6左右，屬于典型的尺寸控制的雨滴譜特征(Uijlenhoet et al，2003)。

3.3 歸一化參數(shù)Nw、Dm分布特征

圖4是不同觀測點(diǎn)的lgNw-Dm分布，圖中根據(jù)雨強(qiáng)大小將數(shù)據(jù)分類顯示。首先第一類降水雨滴譜中有一部分具有高lgNw(>4.5)、小Dm(<1.2 mm)，Wen et al (2016)在分析南京地區(qū)降水雨滴譜特征時將這一類譜定義為淺降水，屬于純暖云降水，圖4顯示商丘、肥城和壽光存在這一類雨滴譜，而旅順和長海則欠缺，上文分析也表明旅順和長海的弱降水雨滴譜較寬、粒子數(shù)密度低，不具有淺降水雨滴譜特征。

從圖4可以看出，商丘、肥城和壽光對流降水?dāng)?shù)據(jù)點(diǎn)大部分位于海洋性對流降水附近，一部分具有較大Dm(>1.75 mm)的數(shù)據(jù)點(diǎn)同時具有較大的lgNw，位于大陸性對流降水區(qū)域的上方。旅順的對流降水?dāng)?shù)據(jù)具有較寬的Dm分布范圍，少部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)位于海洋性對流附近，大部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)位于大陸性對流區(qū)域的上方和右側(cè)，表明旅順的對流降水既有海洋性，也有大陸性對流降水，而長海的對流降水?dāng)?shù)據(jù)點(diǎn)遠(yuǎn)離海洋性對流降水區(qū)域，主要位于大陸性對流降水區(qū)域附近，表明長海的對流降水是典型大陸性對流降水。參考Dolan et al(2018)的研究結(jié)果，由商丘、肥城和壽光觀測點(diǎn)參數(shù)分布可見其云中的微物理過程為碰并增長為主的暖雨過程和暖雨-冰相混合兩類，而旅順和長海觀測點(diǎn)的微物理過程是暖雨-冰相混合、冰相為主兩類。

圖4 2018年8月18—20日(a)商丘、(b)肥城、(c)壽光、(d)旅順、(e)長海不同雨強(qiáng)lgNw-Dm散點(diǎn)分布[綠色矩形框是Bringi et al(2003)給出的海洋性和大陸性對流分布，黑色點(diǎn)劃線是對流降水與層狀云降水之間的分離線，藍(lán)色實線是層狀云降水平均分布；黑色實線是商丘、肥城和壽光對流降水與層狀云降水分離線，紅色實線是旅順和長海對流降水與層狀云降水分離線]

Bringi et al(2009)給出的對流-層狀分離線(圖4中點(diǎn)劃線)位于5～10 mm·h-1降水區(qū)域，圖中黑色實線是雨強(qiáng)5～10 mm·h-1(紅點(diǎn))和10～20 mm·h-1(藍(lán)點(diǎn))數(shù)據(jù)之間的分離線，其斜率比Bringi et al(2009)給出的對流-層狀分離線的斜率要小。由于本次臺風(fēng)的對流降水有比較強(qiáng)的冰相過程，所以不同雨強(qiáng)之間的分離線有較小的斜率(Bringi et al，2009)。旅順和長海兩個觀測點(diǎn)的lgNw-Dm分布就清楚地表現(xiàn)出這一特點(diǎn)，有更小斜率的紅線能更好地分離雨強(qiáng)5～10 mm·h-1和10～20 mm·h-1的數(shù)據(jù)。表明分離線的斜率與降水粒子的形成機(jī)制有關(guān)，冷云過程越強(qiáng)，斜率越小。

另外，圖4中紅色三角形是不同雨強(qiáng)lgNw、Dm的平均值，隨著雨強(qiáng)增大Dm是逐漸增大的，表明大雨滴對降水的增大有重要貢獻(xiàn)；對于lgNw，商丘、肥城和壽光3個觀測點(diǎn)隨著雨強(qiáng)增大lgNw略有增大，而旅順和長海兩個觀測點(diǎn)的lgNw隨著雨強(qiáng)增大基本不變，表明這兩個觀測點(diǎn)雨強(qiáng)的增大受雨滴直徑增大的影響更顯著。因此，商丘、肥城和壽光3個觀測點(diǎn)的對流降水雨滴譜屬于濃度-尺寸混合控制，而旅順和長海的對流降水雨滴譜屬于尺寸控制(Uijlenho et et al，2003)，這與上文利用Z-R關(guān)系分析的結(jié)論是一致的。

4 結(jié) 論

利用Parsivel型降水天氣現(xiàn)象儀觀測資料，分析了2018年登陸臺風(fēng)溫比亞深入內(nèi)陸后，熱帶低壓階段商丘、肥城和壽光，以及溫帶氣旋階段旅順、長海各個觀測點(diǎn)雨滴譜演變特征，主要結(jié)果為：

(1)商丘、肥城和壽光不同雨強(qiáng)的平均雨滴譜類似，小雨滴濃度較高、大雨滴濃度偏低，粒子數(shù)密度在直徑2.00 mm附近易出現(xiàn)第二峰值，具有平衡雨滴譜特征；而旅順和長海平均雨滴譜分布類似，小雨滴濃度較低，而大雨滴濃度偏高，平均雨滴譜具有冰相控制的雨滴譜的特征。

(2)商丘、肥城和壽光的Z-R關(guān)系類似，并且與“溫比亞”登陸后沿海的Z-R關(guān)系很接近，表明“溫比亞”深入內(nèi)陸后一直到減弱成溫帶氣旋之前的降水微物理特征變化不大；旅順和長海的Z-R關(guān)系類似，具有較大的指數(shù)，表明溫帶氣旋在東北降水的微物理特征有明顯改變，冰相過程控制了雨滴譜分布。

(3)歸一化伽馬函數(shù)的參數(shù)分布(lgNw-Dm)顯示，商丘、肥城和壽光對流降水?dāng)?shù)據(jù)點(diǎn)位于海洋性對流降水附近，云中微物理過程主要是碰并增長為主的暖雨過程和暖雨-冰相混合兩類；旅順和長海的對流降水?dāng)?shù)據(jù)點(diǎn)主要位于大陸性對流附近，表明這兩個觀測點(diǎn)的對流降水具有大陸性對流降水特征，云中微物理過程主要以暖雨-冰相混合、冰相兩類為主。

“溫比亞”深入內(nèi)陸后不斷受冷空氣影響，先后減弱成熱帶氣旋、溫帶氣旋，并出現(xiàn)兩次移動方向的改變，分析顯示降水的微物理特征變化緩慢，只有在減弱成溫帶氣旋之后，受較強(qiáng)冷空氣影響才導(dǎo)致云中微物理過程的顯著改變。