多普勒激光雷达测量从过冷和冰晶化层状云中降落的定向片状冰晶
大气与海洋物理
2015-05-13 v2
摘要
利用垂直指向的多普勒激光雷达研究了水平沉降的片状冰晶的特性。从其定向的基面观测到强烈的镜面反射，通过与指向天顶角 4 度的第二台激光雷达进行比较得以确认。对 17 个月连续高分辨率观测数据的分析表明，这些纯净晶体经常在从中层混合相层状云降落的冰晶中被观测到（在 -15°C 的云层中 85% 的时间）。对一个案例研究的详细分析表明，这些晶体在过冷层内成核并快速生长，然后沉降，形成清晰的镜面反射层。仅从激光雷达无法量化定向晶体的比例，但偏振雷达测量证实了相当一部分晶体种群是良好定向的。当晶体沉降到不饱和空气中时，观察到镜面反射消失，因为晶体面变得圆润并失去其刻面结构。在温度低于 -22°C 的过冷层降落的冰晶中也观察到了镜面反射，但远不如在较高温度下明显：我们认为，在冷云中，是分布中的小液滴冻结成片状并产生镜面反射，而较大的液滴则冻结成复杂的多晶。激光雷达多普勒测量表明，定向晶体的典型沉降速度为 0.3 m/s，与温度相关性较弱；相应的雷诺数为 Re~10，与光柱测量结果一致。同时进行的多普勒雷达观测显示，镜面增强与涡耗散率之间没有相关性，表明湍流并不控制这些云中晶体的取向。
引用
@article{arxiv.0906.0701,
title = {Doppler lidar measurements of oriented planar ice crystals falling from supercooled and glaciated layer clouds},
author = {C. D. Westbrook and A. J. Illingworth and E. J. O'Connor and R. J. Hogan},
journal= {arXiv preprint arXiv:0906.0701},
year = {2015}
}
备注
revised manuscript for Q. J. Royal Met Soc