3、降水粒子特性与雷达气象学中的关键参数研究

降水粒子特性与雷达气象学中的关键参数研究

1. 雨滴特性

1.1 雨滴形状

在描述雨滴大小时，通常使用等体积直径 (D_{eq})，也就是与雨滴体积相同的球体直径。但实际上，下落雨滴并非球形，其形状会随着尺寸增大变得更扁。这种非球形特性推动了气象雷达极化技术的发展，以提高雷达对降雨的估算精度。

通过摄影测量发现，直径大于 1 毫米的雨滴可近似为扁球体。假设扁球体的长半轴为 (a)，短半轴为 (b)，其体积 (V) 为：
[V = \frac{4}{3}\pi a^2b \equiv \frac{\pi}{6}D^3]
其中 (D) 为等体积直径。雨滴的轴比 (\gamma = \frac{b}{a}) 代表其扁率，Pruppacher 和 Beard（1970）给出了线性经验关系：
[\gamma = \begin{cases}
1.0 & (D < 0.48 \text{ mm}) \
1.03 - 0.062D & (D > 0.48 \text{ mm})
\end{cases}]

雨滴的非球形形状是多种力平衡的结果，包括表面张力、空气动力、静水压力梯度和内部环流。Pruppacher 和 Pitter（1971）通过求解静态平衡方程得到雨滴形状，Green（1975）在扁球体赤道处应用平衡方程得到简化方程：
[D^2 = 4 \frac{\sigma}{g\rho_w} <