天山位于亚欧大陆腹地，由一系列高山、山间盆地和谷地构成，是世界上距离海洋最远的山系。天山主体位于我国新疆境内，将新疆分为了天气气候特征迥异的北疆和南疆地区。和中亚其他地区相比，天山因其体积庞大、降水丰富且储水能力突出，被誉为“中亚水塔”，其对中亚地区特别是新疆地区的天气气候、生态环境和水安全具有关键而深远的影响。过去对天山地区降雨微物理特征认识的匮乏严重制约了对降雨系统发生发展机理的深入研究和云降水物理学的发展。因此，开展天山雨滴谱特征的研究是一项基础而重要的工作。雨滴谱（raindrop size distribution，DSD）是描述降雨微物理特征的基本物理量，其展现了各种尺寸雨滴的数目分布特征。雨滴谱信息对于理解和揭示云降水微物理过程是至关重要的。由雨滴谱信息得到的雷达反射率因子Z和降水率R之间的关系（Z-R关系）是地基天气雷达和星载雷达定量估测降水（QPE）的理论基础。同时，雨滴谱参数信息对改进数值天气预报模式微物理过程参数化方案从而提高模式的精度具有重要作用。此外，由雨滴谱计算得到的降雨动能（KE）在估算降雨侵蚀因子及进一步理解滑坡、泥石流等自然灾害方面发挥了关键作用。

沙漠所中亚天气和云降水物理研究团队基于中国天山西段和中段不同位置和海拔处布设的8部第二代PARSIVEL（PARSIVEL2）激光雨滴谱仪（图1）收集到的雨滴谱数据，开展了天山不同位置、不同海拔和不同季节降雨微物理特征、降雨微物理特征形成的动热力过程及雨滴谱数据在双偏振雷达QPE、降雨KE估测等方面应用的系列研究。

结果表明：西天山和中天山地区雨滴谱具有显著的差异，中天山降雨过程小雨滴浓度相对西天山更高，而西天山降雨过程中到大雨滴相对中天山更多（图2），西天山地区较中天山地区更强的对流活动是造成西天山中到大雨滴较中天山更多的部分原因，而这与西天山向西开口的喇叭口地形密切相关。整体平均而言，山顶站各直径雨滴的浓度均高于山脚站，而在降雨率由小增大的过程中，山顶和山脚雨滴谱展现出丰富的变化，两站各直径雨滴浓度的相对大小表现出复杂变化过程。对天山雨滴谱的季节变化进行研究，发现夏季小雨滴浓度最低、中到大雨滴浓度最高，而秋季小雨滴浓度最高、中到大雨滴浓度最低（图3），雨滴谱的季节变化与温湿度、对流、雨滴碰并、破碎、分选等条件和过程密切相关。基于雨滴谱数据，利用T矩阵散射模拟法得到层状云降雨过程的双偏振雷达偏振量，发现双参数QPE关系（图4c-d）较单参数QPE关系（图4a-b）具有更高的准确性。对流云降雨得到了相同的结论，然而具体QPE关系存在一定差异，也进一步表明，在进行双偏振雷达QPE时，针对不同降雨类型分别展开的必要性。研究得到的天山地区降雨动能估测算法与其他地区差异明显，表现出区域独特性，在天山地区进行降雨动能估测具有重要的理论价值和现实意义。

相关成果以“Microphysical characteristics of seasonal rainfall observed by a Parsivel disdrometer in the Tianshan Mountains, China”、“Characteristics of orographic raindrop size distribution in the Tianshan Mountains, China”、“Characteristics and applications of summer season raindrop size distributions based on a PARSIVEL2 disdrometer in the western Tianshan Mountains (China)”和“Statistical characteristics of summer season raindrop size distribution in the western and central Tianshan Mountains in China”为题发表在Atmospheric Research、Remote Sensing和Journal of the Meteorological Society of Japan，论文第一作者为沙漠所曾勇副研究员。研究得到新疆天山英才项目、国家重点研发计划项目和新疆引进高层次人才天池计划项目支持。

原文信息： Zeng, Y.*, Tong, Z., Jiang, Y., and Zhou, Y. (2022), Microphysical characteristics of seasonal rainfall observed by a Parsivel disdrometer in the Tianshan Mountains, China, Atmospheric Research, 280, 106459.

Zeng, Y.*, Yang, L., Zhou, Y., Tong, Z., Jiang, Y., and Chen, P. (2022), Characteristics of orographic raindrop size distribution in the Tianshan Mountains, China, Atmospheric Research, 278, 106332.

Zeng, Y.*, Yang, L., Zhou, Y., Tong, Z., Jiang, Y., and Chen, P. (2022), Characteristics and applications of summer season raindrop size distributions based on a PARSIVEL2 disdrometer in the western Tianshan Mountains (China), Remote Sensing, 14(16), 3988.

Zeng, Y.*, Yang, L., Zhou, Y., Tong, Z., and Jiang, Y. (2022), Statistical characteristics of summer season raindrop size distribution in the western and central Tianshan Mountains in China. Journal of the Meteorological Society of Japan, 100(6), 855-872.

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2022.106459

https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2022.106332

https://doi.org/10.3390/rs14163988

https://doi.org/10.2151/jmsj.2022-044