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計畫&論文

利用2016年TASSE實驗期間X-band雷達資料反演及分析雨滴粒徑分布特性

曾昭誠


摘要

        雨滴譜儀觀測可以獲得雨滴粒徑分布(DSD)特徵,配合雙偏極化雷達高時空解析度的觀測,使用相關公式即可反演大範圍的DSD參數。以往使用長期統計之DSD特徵作為反演的依據,但DSD的特徵會因時間、空間、降雨類型的不同而改變,故一時一地觀測的DSD特性並不能一體適用在其他地區或時間。了解雨滴粒徑分佈的變化有助於改善反演DSD參數的成效。
        本研究使用2016年9月1日到9月10日,雙北都會區夏季暴雨觀測預報實驗(TASSE)期間,五股的移動式X波段雙偏極化都卜勒雷達(TEAM-R);新店、翡翠水庫撞擊式雨滴譜儀(JWD)的觀測資料進行研究。Gamma形式的雨滴粒徑分布可由形狀參數μ、斜率參數Λ及截距參數N_0描述。偏極化參數可由Gamma參數經散射模擬求出,過程中需使用形狀參數及斜率參數的約束關係。
        本研究中DSD反演所需的μ-Λ關係式使用本次個案9/8~9/10翡翠水庫JWD 統計所得的關係式及利用Brandes在2003年針對對流系統統計的μ-Λ關係式做比較。使用以上兩種關係式以TEAM-R觀測反演對流胞DSD參數的三維結構。另外再加入以JWD計算之DSD參數、JWD使用散射模擬之雷達參數直接擬合的關係式做討論,代入雷達觀測資料可直接求出DSD參數。本研究此用以上三種方法討論反演DSD參數的成效,評估後兩種使用μ-Λ關係式所得的反演結果較佳。
        本研究探討2016 TASSE實驗中九月九日觀測到的對流胞,反演後得到對流胞的DSD三維結構能有效的提供對流發展時的雲微物理資訊。在對流初生時觀察到較窄的雨滴粒徑分布及較小的雨滴、較低的雨滴濃度;對流成熟時觀察到較寬的粒徑分布及較大的雨滴,雨滴濃度則比對流初生期高數百至數千倍;在層狀降雨時觀察到偏窄的雨滴粒徑分布、與較低的雨滴濃度,雨滴大小則介於對流初生期及對流成熟期之間。兩方法得到雲物理特徵十分一致,證實雨滴譜儀與偏極化雷達能有效的反演DSD的結構相當符合雲物理機制。

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