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基于2017-2024年离散式测雨仪观测数据，分析中国西南沿海重雨区降水滴谱（DSD）季节变化特征，发现季风期滴谱最宽，以中大型雨滴为主；后季风期滴谱最窄，以小滴为主；前季风期介于两者之间。对流雨贡献83%总降雨量，其Dm（1.92mm）和Nw（3.81）值与前期季风相似，呈现大陆性对流特征；后季风期因低层不稳定和浅层云发展，以暖雨过程为主，具有海洋性对流特征。通过微物理主成分分析及垂直结构特征揭示，季风转换期DSD差异源于冰相过程增强（高不稳定条件）与暖雨过程主导（低不稳定条件）的物理机制演变，并构建雷达反射率-降雨率关系与Dm-Nw参数关联图，有效区分降水类型并揭示季风特征。研究成果为季风区降水微物理参数化及定量降水估计算法优化提供理论依据。
作者名单：林娜·沙（Lina Sha）、吕静晶（Jingjing Lv）、莫祖西（Zusi Mo）、陶伟（Wei Tao）、朱斌（Bin Zhu）、卢春松（Chunsong Lu）、周月（Yue Zhou）、史冰莹（Bingying Shi）、龚海星（Haixing Gong）
单位：中国气象局气候系统预测与风险管理国家重点实验室、气溶胶-云与降水重点实验室以及气象灾害预报与评估协同创新中心（CIC-FEMD），南京信息科学大学，南京210044，中国
摘要
本研究利用2017年至2024年八年的雨滴尺寸分布（DSD）观测数据，分析了中国西南沿海地区强降雨核心区域的雨滴尺寸分布特征的季节性变化。季风期间的尺寸分布范围最广，以中等和大型雨滴为主；季风后的尺寸分布较窄，以小型雨滴为主；而季风前的尺寸分布介于两者之间。对流性降雨（CR）占总降雨量的83%以上，其中中等和大型雨滴的浓度比层状降雨高1至3个数量级。季风期间的对流性降雨具有最高的质荷平均直径（Dm）（1.92毫米）和标准化的截距参数log10Nw（3.81），其特性更接近大陆性对流。微物理主成分分析和垂直结构剖面显示，在高不稳定度、上升气流和混合相云的条件下，冰相过程起到了关键作用。相反，季风后的低不稳定性和浅层云层则导致以暖雨过程为主，其特性更接近海洋性对流。通过雨参数图（Rain Parameter Diagram）可视化雷达反射率与降雨率之间的关系以及Dm-Nw值对，有效区分了不同类型的降水，并揭示了沿大陆性和海洋性对流特征的微物理变化。这些发现为理解季节性DSD变化的关键物理机制提供了基础，对季风主导的沿海地区的微物理参数化和定量降水估计具有指导意义。
引言
亚洲季风系统是全球气候系统的重要组成部分，显著影响亚洲地区的降水时空分布（Ding和Chan，2005）。季风的建立、增强和消退过程从根本上决定了季风区域内降水的季节性变化，进而调节区域水文循环和生态系统动态（Zhang等人，2024）。随着全球气候变暖，季风区域的暴雨事件强度增加，给模型预报带来了巨大挑战（Shu等人，2025；Thackeray等人，2022）。对降水微物理过程的了解不足导致降水预报存在较大不确定性（Luo等人，2017）。
雨滴尺寸分布（DSD）作为降水的基本微物理属性，包含了关于水成物凝结、凝积、聚合、冻结、破碎和蒸发等微物理过程的关键信息（Rosenfeld和Ulbrich，2003）。DSD直接影响雷达反射率因子（Z）与降雨率（R）之间的关系。Z-R关系是地面雷达系统（Zhang等人，2001）和主动卫星雷达遥感（Liao等人，2014；Vivekanandan等人，2004）中定量降水估计（QPE）的基础。因此，研究DSD特征对于理解降水微物理机制和提高预报能力至关重要（Ulbrich和Atlas，2007）。
不同季风区域以及季风活动不同时期，DSD存在显著差异（Murali Krishna等人，2021；Seela等人，2024；Shrivastava等人，2026）。Wen等人（2016）发现，梅雨季前的平均质荷平均直径（Dm）小于梅雨季后，且梅雨季后的标准化截距参数（Nw）高于其他两个时期。Zeng等人（2019）发现，南海地区季风前的降水以小型雨滴为主，而季风后的降水则以大型雨滴为主。夏季季风期间进行的双极化雷达反演和雨滴尺寸计观测表明，对流性降雨以小型雨滴为主，具有海洋性对流特征（Lai等人，2026；Yu等人，2023）。这些DSD的变化表明，整个季风期间降水微物理机制发生了根本性变化，进而影响用于雷达降水估计的Z-R关系。
中国南部同时受到东亚季风和南亚季风的影响，这种影响还受到地形特征和动力热力过程的共同作用（Ha等人，2018）。由于地形特征与季风动力之间的复杂相互作用，中国南部沿海地区的降水时空分布具有明显的区域性差异（Bai等人，2020）。东南沿海地区形成典型的喇叭形地形，直接濒临开阔的南海，主要受东亚季风系统控制（Rao等人，2023）；而西南沿海地区则面临半封闭的北部湾，其降水特征同时受到东亚和南亚季风系统的影响（Wang等人，2025）。这些差异可能导致两个地区在不同季风期间的降水特征存在显著差异。尽管在东南沿海地区进行了大量微物理研究（例如Han等人，2022；Lai等人，2025；Yu等人，2023），但西南沿海地区关于DSD特征及其季节性变化的研究仍明显不足。
中国西南沿海地区（SWCC）北邻石湾山脉，面向北部湾，是西南湿润空气向内陆输送的重要通道。石湾山脉南麓地区降水持续时间较长，降雨量较大，极端降水事件频繁发生。该地区被誉为中国的强降雨中心之一，也被称为广西的雨区（Li等人，2019；Zhao等人，2017）。夏季季风期间的降水微物理特性分析仍不足，尤其是缺乏长期观测数据。尽管Z-R关系的变化已有大量记录，但其背后的微物理机制仍需进一步研究，特别是在不同降水类型和季风期间。
本文利用2017年至2024年在该强降雨核心区域进行的雨滴尺寸计观测数据，研究了西南沿海地区季风前、季风期间和季风后的降水微物理及相关物理机制。研究内容安排如下：第2节介绍数据和方法；第3节描述不同降雨类型下的DSD特征；第4节探讨影响DSD季节性变化的可能机制；第5节进行总结。
材料与方法
本研究分析的数据来自部署在SWCC两个代表性站点（东兴DX，21.57°N，107.95°E；钦州QZ，21.98°N，108.60°E）的第二代粒子尺寸速度（PARSIVEL2）雨滴尺寸计，观测分辨率为1分钟，时间跨度为2017年至2024年。SWCC位于北回归线以南，属于亚热带季风气候区，位于广西省最南部，与中国西南海岸线接壤。
DSD特征
图3a展示了季风前、季风期间和季风后的复合雨滴光谱特征，图3b展示了不同降雨类型的雨滴光谱。不同季节和降雨模式的复合光谱均呈现单峰分布，符合伽马函数分布。为清晰显示DSD的变化，图中添加了两条虚线，用于区分小型雨滴（D < 1毫米）、中型雨滴（1 ≤ D ≤ 3毫米）和……
讨论
上述分析表明，SWCC地区的降水微物理特性存在显著的季节性变化，这些变化显著影响Z-R关系，尤其是在海洋性对流和大陆性对流特征之间的转换。这些微物理变化并非随机波动，而是与环境条件和云尺度微物理过程的季节性变化密切相关（Bringi等人，2003；Tokay和Short，……）
结论
本文利用2017年至2024年两个PARSIVEL2雨滴尺寸计在强降雨核心区域收集的数据，研究了季风期间DSD的变化。主要结论如下：
（1）季风期间的DSD尺寸分布范围最广，以中型和大型雨滴为主；而季风后的DSD中小型雨滴的浓度最高。
作者贡献声明
林娜·沙（Lina Sha）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、软件应用、方法论设计、数据分析。
吕静晶（Jingjing Lv）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、研究监督、方法论设计、概念框架构建。
莫祖西（Zusi Mo）：软件应用、数据整理。
陶伟（Wei Tao）：数据整理。
朱斌（Bin Zhu）：撰写 – 审稿与编辑、研究监督。
卢春松（Chunsong Lu）：撰写 – 审稿与编辑、研究监督。
周月（Yue Zhou）：撰写 – 审稿与编辑、数据分析。
史冰莹（Bingying Shi）：
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：42575085、42325503、42021004、41675136）和广西重点研发计划（项目编号：AB20159013）的联合支持。
