六盘山一次积层混合地形云宏微观特征观测分析

doi:10.11755/j.issn.1006-7639-2025-02-0277

干旱气象 ›› 2025, Vol. 43 ›› Issue (2): 277-288.DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2025-02-0277

六盘山一次积层混合地形云宏微观特征观测分析

陶涛¹^,³^,⁴(), 舒志亮¹^,³^,⁴(), 邓佩云¹^,²^,³^,⁴, 何佳¹^,³^,⁴, 巴音那木拉⁵, 常倬林¹^,³^,⁴

1.中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室，宁夏银川 750002
2.中国气象局云降水物理与人工影响天气重点开放实验室，北京 100081
3.宁夏气象防灾减灾重点实验室，宁夏银川 750002
4.六盘山大气科学宁夏回族自治区野外科学观测研究站，宁夏银川 750002
5.内蒙古阿拉善盟气象局，内蒙古阿拉善 750300

收稿日期:2024-10-11 修回日期:2024-11-28 出版日期:2025-04-30 发布日期:2025-05-13
通讯作者: 舒志亮（1981—），男，甘肃酒泉人，正高级工程师，主要从事人工影响天气及大气物理研究工作。E-mail：8633204@163.com。
作者简介:陶涛（1983—），男，重庆潼南人，高级工程师，主要从事人工影响天气及大气物理研究工作。E-mail：ala.no.4@163.com。
基金资助:
宁夏回族自治区自然科学基金项目(2023AAC03801);宁夏回族自治区重点研发计划项目(2022BEG02010);中国气象局云降水物理与人工影响天气重点开放实验室创新基金项目(2024CPML-C06)

Analysis of macro and micro characteristics of observational mixed orographic clouds over Liupan Mountain

TAO Tao¹^,³^,⁴(), SHU Zhiliang¹^,³^,⁴(), DENG Peiyun¹^,²^,³^,⁴, HE Jia¹^,³^,⁴, BAYIN Namula⁵, CHANG Zhuolin¹^,³^,⁴

1. Key Laboratory for Meteorological Disaster Monitoring and Early Warning and Risk Management of Characteristic Agriculture in Arid Regions， China Meteorological Administration， Yinchuan 750002， China
2. Key Laboratory of Cloud-Precipitation Physics and Weather Modification （CPML）， CMA， Beijing 100081， China
3. Ningxia Key Laboratory of Meteorological Disaster Prevention and Reduction， Yinchuan 750002， China
4. Liupan Mountains Atmospheric Science Field Observation and Research Station in Ningxia Hui Autonomous Region， Yinchuan 750002， China
5. Alxa League Meteorological Bureau of Inner Mongolia， Alxa 750300， Inner Mongolia， China

Received:2024-10-11 Revised:2024-11-28 Online:2025-04-30 Published:2025-05-13

摘要/Abstract

摘要： 六盘山是我国黄土高原—川滇生态屏障的重要组成部分，也是西北重要的水源涵养林基地。为进一步加强对六盘山区地形云宏微观特征的认识，科学开展地形云人工增雨作业，本文基于六盘山区海拔2 842 m高山气象站的雾滴谱仪、雨滴谱仪及毫米波云雷达等多种观测资料，研究了2020年8月21—23日宁夏六盘山区一次积层混合地形云的宏微观特征。结果表明，此次降水云系受地形影响明显，云顶高度和云系垂直厚度抬升的高度与山脉平均海拔（2 162 m）相当；雨滴粒子数浓度、最大粒径、平均粒径和液态水含量在降水最强时段达到极大值，分别为970 个·m^-3、4.25 mm、1.23 mm和1.36 g·m^-3；雨滴谱分布符合Gamma分布，相较M-P分布Gamma分布拟合效果更优；根据云微物理量的观测数据，可将云系划分为3个中小尺度云区，其中云区2和云区3的宽度基本相当，均约为400 km，云区3除云雾滴粒子数浓度低于云区2外，其液态水含量、平均中值体积直径和平均有效直径均有所增加，导致降水量增加1倍左右。

关键词: 六盘山, 地形云, 微物理特征, 粒子数浓度

Abstract:

Liupan Mountain is an important component of the Loess Plateau-Sichuan-Yunnan ecological barrier and a key water-retaining forest base in Northwest China. To further enhance the understanding of the macro- and microphysical characteristics of orographic clouds and to support scientific weather modification operations, this study investigates a mixed stratiform orographic cloud process that occurred in the Liupan Mountain area from August 21 to 23, 2020. The analysis is based on comprehensive observations from a high-mountain meteorological station at an elevation of 2 842 m, using instruments such as a fog drop spectrometer, raindrop spectrometer, and millimeter-wave cloud radar. The results show that this precipitation system was significantly influenced by orographic effects. The increases in cloud-top height and vertical thickness were approximately equal to the average mountain elevation of 2 162 m. During the period of peak rainfall, the raindrop number concentration, maximum diameter, mean diameter, and liquid water content reached maximum values of 970 m^-3, 4.25 mm, 1.23 mm, and 1.36 g·m^-3, respectively. The raindrop size distribution was better represented by the Gamma distribution than by the Marshall-Palmer distribution. Based on cloud microphysical data, the cloud system was divided into three mesoscale cloud regions. The widths of regions 2 and 3 were both approximately 400 km. Compared with region 2, region 3 exhibited higher liquid water content, larger mean volume diameter, and larger mean effective diameter, resulting in approximately twice the amount of precipitation.

Key words: Liupan Mountain, orographic clouds, micro-physical features, particle number concentration

中图分类号:

P412

陶涛, 舒志亮, 邓佩云, 何佳, 巴音那木拉, 常倬林. 六盘山一次积层混合地形云宏微观特征观测分析[J]. 干旱气象, 2025, 43(2): 277-288.

TAO Tao, SHU Zhiliang, DENG Peiyun, HE Jia, BAYIN Namula, CHANG Zhuolin. Analysis of macro and micro characteristics of observational mixed orographic clouds over Liupan Mountain[J]. Journal of Arid Meteorology, 2025, 43(2): 277-288.

图/表 11

图1 六盘山大气科学野外科学观测研究站地理位置（a）及六盘山国家基准气候站人影特种观测平台（b）

Fig.1 Geographical position of Liupan Mountain atmospheric science observation and research base (a) and weather modification observational platform of Liupan Mountain norm climatological station of China (b)

表1 观测设备介绍

Tab.1 Description of observational instruments

仪器	型号	布设位置	探测要素	探测范围	分辨率	观测频率
雾滴谱仪	FM-120	六盘山	雾滴谱	2~50 μm	30档	1 s
激光雨滴谱仪	DSG5	六盘山	粒子直径	0.2~5.0 mm	32档	1 min
激光雨滴谱仪	DSG5	六盘山	粒子下落速度	0.2~20.0 m·s^-1	32档	1 min
Ka波段毫米波云雷达	HT101	隆德、大湾	云回波强度	-40~40 dBZ	0.1 dBZ	5 s
			径向速度	±15 m·s^-1	0.1 m·s^-1
			速度谱宽	0~15 m·s^-1	0.1 m·s^-1
能见度仪	DNQ1	六盘山	水平能见距离	0~30 km	1 m	1 min
自动气象站	DZZ5	六盘山	气温	-50~50 ℃	0.1 ℃	1 min
			气压	500~1 100 hPa	0.1 hPa
			相对湿度	5%~100%	1%
			风向	0°~360°	1°
			风速	0~60 m·s^-1	0.1 m·s^-1
			1 min降水量	0~4 mm	0.1 mm

图2 2020年8月23日10:00—15:00黑体辐射亮温演变（黑色线范围为宁夏回族自治区）

Fig.2 The TBB evolution from 10:00 to 15:00 on 23 August 2020 (The black line indicates the boundary of Ningxia Hui Autonomous Region)

图3 2020年8月23日11:22—11:52雷达反射率因子演变（单位：dBZ）

Fig.3 Evolution of radar reflectivity factors from 11:22 to 11:52 on 23 August 2020 (Unit: dBZ)

图4 2020年8月21日21:00—23日20:00隆德气象站（a）和大湾作业点（b）云雷达反射率因子随时间的变化（单位：dBZ）

Fig.4 Variations of reflectivity factors of cloud radar in Longde Meteorological Station (a) and Dawan Operation Site (b) from 21:00 on 21 to 20:00 on 23 August 2020 (Unit: dBZ)

图5 2020年8月21日21:00—23日20:00隆德气象站（a）和大湾作业点（b）第一层云底高度、云顶高度随时间的变化

Fig.5 Variation of the first-layer cloud base height and cloud top height at Longde Meteorological Station (a) and Dawan Operation Site (b) from 21:00 on 21 to 20:00 on 23 August 2020

图6 2020年8月21日21:00—23日20:00六盘山（a）、隆德（b）、泾源（c）降水量和六盘山能见度（d）、相对湿度（e）、风速（f）、风向（g）随时间的变化

Fig.6 Variations of precipitation at Liupanshan (a), Longde (b), and Jingyuan (c) and visibility (d), relative humidity (e), wind speed (f) and wind direction (g) at Liupanshan from 21:00 on 21 to 20:00 on 23 August 2020

图7 2020年8月22日19：00—8月23日19：00六盘山降水雨滴粒子数浓度、最大粒径、平均粒径及液态水含量随时间的变化

Fig.7 Variations of number concentration， mean particle size， maximum particle size， and liquid water content of rain droplet particles at Liupanshan from 19：00 on 22 to 19：00 on 23 August 2020

图8 2020年8月22日19：00—23日19：00六盘山降水雨滴粒子M-P分布及Gamma分布

Fig.8 M-P and Gamma distributions of rain droplet size at Liupanshan from 19：00 on 22 to 19：00 on 23 August 2020

图9 2020年8月21日21：00—23日20：00六盘山云雾滴数浓度、液态水含量、中值体积直径及有效直径随时间的变化

Fig.9 Variations of number concentration， liquid water content， median volume diameter， and effective diameter of cloud and fog droplet spectrum at Liupanshan from 21：00 on 21 to 20：00 on 23 August 2020

图10 2020年8月21日21：00—23日20：00六盘山云雾滴粒子数浓度随时间的变化（单位：个·cm-3·μm-1）

Fig.10 Variation of cloud and fog droplet number concentration at Liupanshan from 21：00 on 21 to 20：00 on 23 August 2020 （Unit： cm-3·μm-1）

参考文献 34

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Analysis of macro and micro characteristics of observational mixed orographic clouds over Liupan Mountain

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