黄土高原降雨雨滴最终速度的分布律

用幂函数分析了雨滴最终速度与雨滴直径之间的关系,并从贝斯特的雨滴直径分布函数出发导出了雨滴最终速度分布函数。分析表明,当雨强较小时,雨滴最终速度服从韦伯分布;当雨强很大时,则服从截断的韦伯分布。最后,讨论了雨滴最终速度分布的尺度参数和形状参数,两者均取决于降雨强度和降雨类型。     

黄土高原典型树种幼树冠层对降雨雨滴特性的影响

为探索林冠层对降雨雨滴特性的影响,利用人工模拟降雨和色斑法,测得了栽植于土槽中的黄土高原典型树种侧柏、油松、元宝枫的4年生幼树树冠下降雨雨谱,并与林外降雨特性进行对比分析。结果表明:①与直径几乎都集中于1～3 mm的林外雨滴相比,树冠下的雨滴直径分布几乎不受林外降雨强度的影响,细小雨滴个数占绝大多数,直径1 mm以下的雨滴 约占全体的40%左右;直径3 mm以上的雨滴约占全体的3%左右,所测到的最大雨滴直径为6.4 m m。②与裸地降雨相比,林冠下降雨的雨滴体积累计曲线明显分为两段,即林冠使得冠下降雨的大雨滴和小雨滴数量增多,而中等大小的雨滴数量变少。③3个树种林冠下降雨的体积累计分布曲线与雨强没有明显的函数关系,把其雨滴样不分雨强加以统计,得出不同树种各自的雨滴体积累计分布曲线。用Best模型拟合,得油松a=3.444,n=1.966,R2=0.982;侧柏a=4.038,n=2.164,R2=0.979;元宝枫a=3.881,n=1.885,R2=0.961。      

贡嘎山暗针叶林林冠对降雨能量再分配的影响研究

雨滴速度、雨滴动能等参量都与土壤侵蚀关系密切。充分考虑林冠结构特征与降雨特性,观测了贡嘎山不同演替阶段暗针叶林群落的林内降雨,采用经验公式和雨谱法计算出降雨雨滴的动能和势能。结果表明:雨滴终点速度与雨滴直径和雨滴动能的大小均成正比;在小雨强时,林冠可以增加降雨落地时的动能,有时甚至可以达到林外的2倍以上;林冠对降雨势能的消减量与降雨量和林冠截留量有显著相关关系,不同月份的降雨特征不同、林冠截留特征不同,致使林冠对降雨势能的削减能力也不同。     

南方红壤区马尾松林冠对降雨雨滴特性的影响

降雨是土壤侵蚀的主要影响因素,降雨动能是土壤侵蚀最重要的动力来源。降雨经过林冠层后,由于受到林冠的再分配作用,雨滴特性(雨滴大小、雨滴终点速度和雨滴动能)发生改变,进而改变林下土壤侵蚀特征。为探讨南方红壤区典型树种马尾松林冠对林下土壤侵蚀的影响机制,于2014年5—6月期间在福建长汀县观测了5场有代表性的天然降雨,采用滤纸色斑法对马尾松林内外的降雨雨滴同时进行观测,并汇总分析不同降雨条件下林内外的降雨雨谱,研究结果表明:1)与林外雨滴相比,林内雨滴数量增多,分布范围变大。林外雨滴数量为1 346个,林内雨滴数量为1 608个,比林外多19.5%;林外雨滴直径的大小分布范围是0.6~5.7 mm,林内雨滴直径的大小分布范围是0.4~6.1 mm。2)马尾松林下不同大小雨滴的分布呈双峰曲线,2个峰值对应的直径分别是1.5、3.6 mm,林外不同大小雨滴的分布呈单峰曲线,峰值对应的直径为1.8 mm,林内雨滴中数直径(3.2 mm)比林外(2.0 mm)高60.0%。3)雨滴直径(d)＜2.0 mm时,林内外雨滴终点速度相似,d≥2.0 mm后,林内雨滴的终点速度开始低于林外,且二者间的差异随雨滴直径的增加由0.6%逐渐增加到2.0%。4)人工马尾松林是南方红壤区植被恢复与重建的一种可行途径,降雨经林冠层后,受林冠截留和林冠高度的影响,降雨动能减少了21.8%。该研究可为南方红壤区马尾松林下土壤侵蚀机理的研究提供科学依据。      

风矢量对坡面降雨动能分布的影响

风矢量的存在既改变了雨滴的下降速度，也改变了雨滴溅击地面的角度，对坡面雨滴溅蚀的影响很大。只有垂直于坡面的雨滴速度分量所决定的降雨动能才是坡面溅蚀的初始动力。故将静风条件下的雨滴最终速度和风矢量分解，得到垂直于坡面的雨滴合速度。根据雨滴速度的分布律，导出了雨滴动能的分布函数和分布密度，并通过积分求得不同风速条件下雨滴动能均值随坡向坡度的分布规律。     

全国典型台站降雨期雨滴谱特征分析

基于2018—2019年激光雨滴谱仪分钟观测资料,依据年降雨量分区域挑选7个典型站点进行雨滴谱特征分析。结果表明,基于分钟雨滴谱数据计算的小时雨强与台站观测雨强的相关系数均超过0.92,二者平均差值为负值,且差值随雨强增大而增大。雨滴直径等级频数百分率分布为双峰结构,质量百分率分布为多峰结构。直径小于1 mm的小雨滴对雨滴数浓度的贡献率达77.8%,对雨强的贡献率只有18.1%;直径大于2 mm的大雨滴占总数浓度的2.6%,对雨强的贡献为41.8%。考虑雨滴下落末速度影响后,小雨滴对雨滴总数浓度的贡献率增大9.7个百分点,中雨滴和大雨滴对雨滴总数浓度的贡献率降低。随雨强减弱,大雨滴数浓度减小,超大雨滴消失,谱宽收窄,小雨滴数浓度变化特征随台站出现差异。     

利用激光雨滴谱仪对一次雨转雪过程分析

不同相态降水粒子的地面雨滴谱具有不同特征。本文利用HSC-PS32激光雨滴谱仪和人工加密观测资料对2014年11月30日发生在沈阳的一次雨转雪天气过程进行了初步的分析,研究了降水相态转换时,其雨滴谱特征的演变。结果表明:受蒙古气旋影响,该过程经历了不同的降水相态,包括雨、雨夹雪和雪。这3种降水相态对应着不同的滴谱特征。具体表现为降雨阶段,粒径小、谱宽较小;雨夹雪阶段,谱宽增大;而降雪阶段,粒子直径大、维持较宽谱宽。不同降水相态的平均雨滴谱相对较近,经历了单峰到波动的演化过程。从波峰对应的粒子直径的角度来看,雨小于雨夹雪,雨夹雪小于雪。降雨阶段粒子数浓度最大,降雪阶段粒子谱宽最大。     

山东省春季一次积层混合云降水雨滴谱特征分析

利用2010年3月14日山东省出现的一次积层混合云降水过程中观测获取的雨滴谱资料,对此次降水过程中的雨滴微物理参量特性、雨滴谱特征等方面进行了较详细的分析,总结此次积层混合云降水的主要特征。结果表明,此次春季积层混合云降水强度较弱,雨滴微物理量普遍偏小,雨滴数密度较小,一般在1 000个/min以下;雨滴直径小,平均直径为0.444 mm,最大直径平均值仅为1.489mm;此次降水以直径〈1 mm的雨滴为主,占总数浓度的90%以上;对雨强贡献作用最大的是1～3 mm的雨滴。此次过程中微物理量随时间变化趋势基本一致,雨强与最大直径和数密度的相关性均在80%以上,其中雨强与数密度的关系更为密切,相关系数达96.02%;在降水开始和结束时以及弱降水时段（I〈1 mm/h）,滴谱一般呈单峰结构,而降水中间则呈双峰结构,同时雨滴谱变宽。     

陇东黄土地区刺槐林水土保持效益的定量研究

本文定量及定性地分析了刺槐人工林影响降雨的物理过程以及暴雨条件下的水土流失规律。计算了空旷地及林冠下单位降水水体的雨滴动能;测定了林冠下降雨雨谱分布参数;确定了林冠截持雨量及干流量的数学模型以及刺槐林地降雨侵蚀力的复合指标-E_bI_(10)     

毫米波降雨的衰减问题研究

在分析雨滴的尺寸和外形、雨滴的介电特性基础上,提出基于ITU-R建立的雨衰减预报模型,对降雨衰减进行了计算和分析。100GHz以下的毫米波降雨衰减,则降雨衰减与降雨率、频率有强的关系,降雨率越大,频率越高,降雨衰减越大;不同极化下毫米波降雨衰减随降雨率变化关系,可得垂直极化衰减率较小,其次是圆极化,最大的是水平极化。     

雨滴击溅与薄层水流混合侵蚀的输沙机理

【目的】针对雨滴击溅与薄层水流混合侵蚀过程输沙机理研究中存在的问题,研究雨滴击溅对坡面径流输沙的影响。【方法】采用室内人工模拟降雨试验,以土娄土、黄绵土和黑垆土为供试土壤,在不同雨滴直径(直径2.22,2.68和3.04mm)、不同坡度(0°,2°和4°)和薄层水流厚度(0,2,4和6mm)条件下,分析单雨滴击溅时,泥沙溅蚀量与水层厚度的关系;多雨滴击溅时,泥沙溅蚀量与薄层水流厚度的关系,分别对二者关系进行拟合;同时,对于多雨滴击溅时,不同薄层水流厚度下黄绵土泥沙溅蚀量和雨滴动能的关系进行了分析。【结果】单雨滴击溅时,泥沙溅蚀量随水层厚度的增加而减少,且雨滴直径越大其扰动水层厚度越大,当雨滴直径由2.22mm增加到3.04mm时,平均扰动水层厚度由10mm增加到14.67mm。多雨滴击溅时,在相同的坡度(0°~4°),不同土壤和雨滴直径下,随薄层水流厚度的增加,泥沙溅蚀量呈先升后降趋势;当薄层水流厚度相同时,随雨滴直径的增加,泥沙溅蚀量呈增大趋势。当雨滴动能不变时,泥沙溅蚀量随着薄层水流厚度的增加而增大;当薄层水流厚度一定时,泥沙溅蚀量随雨滴动能的增加而增大。【结论】建立了单雨滴击溅和多雨滴击溅条件下扰动水层厚度关与泥沙溅蚀量的关系式。     

降雨对黄土丘陵阶地水土流失的影响研究

在水土流失的发生过程中,降雨是一个关键的诱因。研究不同的降雨对水土流失的影响具有重要意义。一般认为,降雨量越大,水土流失就越明显,但研究表明其规律并不明显,而与水土流失密切相关的,是雨强、雨滴大小、雨型、前期降雨状况和降雪。     

坡耕地土壤流失规律研究

通过人工模拟降雨,研究了降雨强度、坡度和耕作措施与土壤流失的关系,得出坡度和耕作措施相同时,雨强与土壤侵蚀模数之间呈较好的指数函数关系;耕作措施相同、雨强接近时,土壤侵蚀模数与坡度之间呈较好的幂函数关系.当坡度相同,雨强小于0.75 mm·min-1时,土壤侵蚀模数沿直线坡-锄地-等高犁地-等高沟垄序列逐渐下降;当雨强大于1.5 mm·min-1时,土壤侵蚀模数沿该序列逐渐增大.     

山杨天然林林分结构的研究

本文利用７３块山杨标准地资料，研究分析了山杨天然林的林分结构，验证了ｆ（Ｄ）＝ａＤＢ十Ｋ关系成立，林分直径分布遵从Ｗｅｉｂｕｌｌ分布时，其林分树高分布、年龄分布也遵从Ｗｅｉｂｕｌｌ分布的理论。结果表明，山杨天然林多属单层同龄纯林，且直径结构表现出了很强的规律性；在直径较小的山杨林分中，其直径分布为正偏，峰度较显著。当林分平均直径大于８ｃｍ，其分布为负偏，用Ｗｅｉｂｕｌｌ分布函数拟合时，在年龄较小，林分平均直径小于６ｃｍ时，其形状参数１．５＜Ｃ２；当林分平均直径大于７ｃｍ时，形状参数２＜Ｃ３。     

四平地区一次强降水过程分析及雨滴谱特征分析

雨滴谱是云和降水物理观测的重要内容之一,基于2014年7月21日四平地区发生的强降水,分析强降水发生的环境条件,同时通过分析此次过程四平观测站雨滴谱观测资料,计算空间数浓度N、立方根直径D3、雨强I、液态含水量Q、雷达反射率因子Z等降水特征参量。通过分析这些降水参数给出该过程的雨滴谱变化特征。     

九龙山侧柏林林内降雨时滞效应

在北京九龙山试验场地布设HOBO RG3-M自计式翻斗雨量筒,利用2012年7月21日至2013年10月1日期间侧柏林林内外实时降雨过程的定点观测数据,研究典型场降雨和特大暴雨极端天气下的侧柏林内降雨的时滞效应特征.结果表明,在具有完整降雨数据的56场降雨中,降雨初始阶段,林内降雨均晚于林外降雨,降雨量级为小雨时,林外降雨发生延迟约51.42 min后才产生林内降雨,而降雨量级为大雨以上时,林内降雨产生延迟仅约19.40 min,两者相差近3倍.随着降雨量级的增大,降雨开始阶段,林内降雨延迟时间逐渐缩短;降雨结束阶段,林内降雨延迟时间逐渐增加.通过对林内降雨延滞开始时间和延滞期雨强进行拟合,得出两者之间存在较好的对数函数递减关系;但对降雨延滞结束时间和场降雨量二者进行相关分析,并未发现二者存在明显的相关性.在典型场降雨中,不同降雨强度(暴雨、大雨、中雨、小雨)下,林冠层对侧柏林内降雨的雨强峰值出现时间起到了一定的延滞作用.特大暴雨极端天气下,降雨强度最强时林内雨强较林外雨强小,可见林冠层对强降雨雨滴的动能起到了一定的缓冲作用.由于林冠层对大气降雨存在延滞作用,能有效地延迟地表径流和土壤水文入渗的产生,对减少土壤侵蚀、防止水土流失、减少山洪、泥石流和滑坡等地质灾害具有一定的实际意义.     

改进针管式降雨设备对中国西南地区降水的室内模拟研究——以贵州省贵阳市为例

基于贵州31年暴雨雨强统计和贵阳市1年周期内小时降水量统计,对该区域暴雨及特大暴雨特征进行分析。通过设计加工针管式降雨设备对贵阳市降水进行室内模拟。结果表明,当集水管水头高度在30-70mm之间时,雨强为27．6—49．7mm／h的大雨;在80～130mm之间时,雨强为60．4～96．3mm／h的暴雨;在140～180mm之间时,雨强为102．6—125．5mm／h大暴雨。改进后的针管式降雨设备可以满足西南喀斯特地区暴雨雨强的降雨要求。     

降雨强度对列车气动特性的影响

在高速铁路迅速发展的今天,高速列车运行的安全性问题也越来越受到重视。我国幅员辽阔,横跨多种气候特征区域,高速列车在运行过程中所要面临的气候条件更加复杂多变。降雨是较为普遍的天气条件,它是一个随即过程,往往会伴随着风力的作用而进行。垂直降落的雨滴在横向风力的作用下变得倾斜,产生一个水平方向的速度分量,形成不同的降雨模型。而降雨又具有许多不确定因素,不同地区不同时节的降雨形式以及雨滴尺寸分布也是不同的,这时就引入了雨滴谱模型来模拟降雨规律以及雨滴的尺寸分布。本文以雨滴谱模型为基础,通过对降雨过程的数值模拟,研究高速列车在风雨天气条件下的运行状况,分析列车运行的气动特性,为列车的安全运行提供参考。     

基于激光粒子探测仪探测结果的Z-I关系分析

[目的]估测高时空分辨率的降水量。[方法]利用翻斗式自动雨量计观测的雨量和雨强对激光粒子探测仪的观测结果进行验证,在确信通过激光粒子探测仪激光带的雨滴数和雨滴直径的基础上,按年、月、主要降水天气类型分别建立雷达反射率因子Z和雨强I、log(Z)-log(I)和雷达回波强度I-Zo的指数关系式。[结果]结果表明,按4种主要降水天气类型建立的Z-I、log(Z)-log(I)和I-Zo的指数关系式拟合率最高,相关系数都在0.96以上,均通过极显著相关性检验,是利用雷达探测的反射率因子(Z)或回波强度(Zo)反演降雨强度的首选。给定回波强度(Zo)后,对应1个最大雨强(Imax)。[结论]利用这种关系,依据雷达探测的回波强度,对预警强降水天气有重要的指示作用。     

模拟降雨条件下万泉河流域农田养分流失特征及面源污染源强研究

采用径流场结合人工模拟降雨方式,研究了海南岛万泉河流域土壤中N、P、有机质等营养物质的流失特征。结果表明,降雨强度越大,产流系数越大,携带走的污染物越多,所产生的污染程度越大;TN的流失表现为雨强越大,增幅越大,当雨强为中雨、大雨时PN所占TN的比例为44.43%和44.09%,当雨强为暴雨时PN占TN比例则跃升至77.83%;养分流失速率呈现有机质〉TN〉TP的特征;PP随地表径流搬运迁移为TP主要的流失形态,且随雨强的增大而增大;而DP的流失特征为不随雨强变化而变化;土壤质地、坡度、植物覆盖率对土壤养分流失速率的影响显著。