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。     

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。     

山东一次适宜增雨作业的雨滴谱特征分析

为了解降水微物理特征,更好地为增雨抗旱气象服务提供技术支持,本文以2015年4月18~19日发生在山东的一次适宜人工增雨作业的降水过程为例,利用激光雨滴谱仪获取的观测资料对雨滴微物理参量的连续演变特征、雨滴谱微物理参量特征以及降水不同阶段雨滴谱特征等方面进行分析。结果表明,降水强度决定于雨滴谱谱宽和雨滴数浓度,三者随时间变化趋势大致相同,峰区和谷区出现的位置基本一致;各谱特征参量与降水强度间均呈正相关性,即都随雨强的增大而增大;在雨强基本小于1 mm/h的降水第一阶段,谱宽仅为1.75 mm,而进入到雨强多数大于1 mm/h的降水第二阶段时,谱宽为3.5 mm;对于雨滴数浓度而言,降水第二阶段各档粒径数浓度远大于降水第一阶段中各粒径档数浓度值,仅粒径在0.375~0.5 mm之间时,降水两个阶段的雨滴数浓度值基本相同,在102量级。     

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。      

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。      

积层混合云降水过程地面雨滴谱特征分析——以2011年6月湖北省某次降水为例

针对2011年6月9～10日湖北省东南部一次积层混合云降水过程,应用自动雨量计对Thies Clima激光雨滴谱仪的测雨精度进行了分析,并分析了逐小时地面雨滴谱特征以及Z-I关系.结果表明,地面雨滴谱仪测雨精度较高,与自动站雨量相关系数达0.997,测弱降水时优于自动雨量计,测强降水时有一定误差;整个降水过程雨滴平均直径0.435 mm,中数体积直径2.5 mm,降水最集中的时段大粒子数最多,小粒子数也显著增多,与降水量相关性最好的是众数直径个数和粒子总数,其次是中数体积直径;雨滴直径越小,数量越多,粒子落速在0.8～1.8 m/s以及3.4 m/s的粒子数较多;同一次降水天气过程不同时段Z-I关系差别很大,对于降水较集中的时段拟合出的Z-I关系效果较好,因此应用雨滴谱对Z-I关系进行校正是可行的.     

山东秋季积层混合云云物理结构个例分析

[目的]分析山东秋季一次积层混合云云物理结构。[方法]综合利用多普勒雷达资料、激光雨滴谱仪观测的雨滴谱资料、L波段探空秒数据以及其他常规资料,分析了2009年8月29日积层混合云云物理结构。[结果]这是一次典型的积层混合云降水过程,主体降水持续10 h,雨强最大为6.5 mm/h,一般雨强3.0 mm/h,雨强随时间有明显的起伏变化。雨滴浓度为5～300个,雨滴谱以双峰和多峰型为主。探空秒数据分析的云垂直结构显示,降水云以冷云为主,暖层发展不充分。多普勒雷达资料分析表明,整个降水过程可以分为4个阶段:降水前期、初始、发展成熟和减弱阶段,不同阶段的回波结构明显不同。[结论]该研究为探讨此次降水机制和人工增雨潜力奠定了理论基础。     

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。     

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。     

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。     

沈阳一次西风槽降水过程的雨滴谱特征分析

利用粒子激光探测仪、翻斗式自动雨量计和新一代天气雷达对沈阳春季一次西风槽降水天气进行了同步观测研究,对3种仪器观测信息的分析结果表明:翻斗式自动雨量计观测的降雨强度和累积雨量与粒子激光探测仪(Parsivel)的观测结果一致,表明粒子激光探测仪在不同速度、直径等级观测的雨滴数是可信的;谱宽和降水粒子数随时间变化同步,决定了降雨强度.且直径大于1mm的雨滴是降水的主要部分;建立了反射率因子和雷达回波强度与降雨强度和空中雨水含量的指数关系式,为雷达探测降雨强度和空中雨水含量提供了计算模式;在谱宽随时间变化平缓时,粒子激光探测仪观测的回波强度与雷达观测的回波强度基本一致,可用激光探测仪观测的回波强度标校雷达观测.     

雨滴击溅下薄层水流的输沙机理研究

【目的】探讨雨滴打击下薄层漫流的输沙机理,为建立细沟间薄层水流泥沙输移预报模型提供理论依据。【方法】采用人工模拟降雨试验,以无雨滴打击为对照,对黏性土壤在直径2.68 mm和3.02 mm雨滴击溅作用下,不同坡度坡面(2°和4°)细沟间薄层水流深度(h)与土壤侵蚀量、泥沙含沙量、扰动系数(Cr)关系进行了研究。建立了黄土缓坡坡面扰动系数的预测方程。【结果】雨滴击溅下坡面薄层水流土壤侵蚀量较无雨滴击溅时显著增大,击溅雨滴直径越大,侵蚀量越大,与水深呈对数规律变化。在雨滴击溅作用下,泥沙含沙量随水深的增加呈减小趋势,且雨滴直径越大,减小幅度越大,这与无雨滴击溅时薄层水流的泥沙含沙量变化相反,表明雨滴击溅作用是薄层水流泥沙输移的主要动力。雨滴击溅作用对薄层水流的扰动系数随水流深度的增大呈线性减小趋势;对侵蚀性黄土而言,2.68 mm雨滴击溅下,无扰动水深为6.94 mm;3.02 mm雨滴击溅下,无扰动水深为7.20 mm。【结论】雨滴击溅作用是薄层水流泥沙剥蚀的主要动力。     

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。     

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。     

呼伦贝尔地区层状云和对流云降水雨滴谱特征

基于Parsival激光雨滴谱仪和多普勒雷达资料对呼伦贝尔地区两次降水过程进行了分析,对比了层状云降水和对流云降水的雨滴谱特征值。结果显示了这两种云系降水的微物理特征差别,层状云降水与对流云降水过程中雨滴平均浓度分别为234.1个·m~3和568.25个·m~3,液态含水量分别为0.07g/m~3和0.36g/m~3,平均雨强分别为0.98mm/h和8.76mm/h,雷达反射率因子分别为22.67dBZ和38.4dBZ,平均直径分别为0.65mm和0.82mm,最大直径分别为1.54mm和2.01mm。     

淮南一次飑线过程的雨滴谱分析

利用Parsivel观测的雨滴下落末速度和粒径资料,对雨滴谱进行精确的订正,并分别采用最小二乘法和阶矩法对订正后的滴谱进行M-P分布和Γ分布拟合,对比各种拟合结果计算的参量。结果表明,最小二乘法只对数密度拟合较好,而高阶量拟合严重失真;Γ分布比指数分布能够更好地拟合出对流云降水中雨滴数密度函数在雨滴谱两端的分布特征;在Γ分布下,Z-I关系主要受雨滴数密度影响,每次降水的Z-I关系可用平均谱参数计算,精度与常规的Z-I关系拟合方法相当。     

伊犁河谷春季层积云微物理结构探测

对1981年5月9日伊犁河谷层积云飞机探测资料进行了分析。结果表明,伊犁河谷层积云的云滴谱谱宽为4~28μm,随着滴谱直径的加大,滴谱浓度呈对数减少;云滴浓度在云底部最大,云中部较大,云上部较小;云滴平均直径随高度的分布,在云底部迅速加大,云中部呈增加的趋势,云顶部呈减小的趋势;平均立方根直径随着高度的增加而增大,到云中部时达到最大,之后随着高度的增加逐渐减小;云滴含水量的最大值出现在云底部,随着高度的增加迅速减小。     

降雨和坡度对植烟坡耕地产流产沙的影响

【目的】本文探明了紫色土坡耕地产流产沙特征,为植烟土壤管理提供科学依据。【方法】对不同坡度(5°、10°、15°、20°、25°和30°)野外径流小区开展长期定位观测,研究坡面产流、产沙随降雨强度及坡度的变化特征。【结果】(1)通过近10年降雨资料分析,研究区域降雨年内分配极不均匀,6-9月降雨量占全年降雨量的80.2%～92.5%;小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨的雨量分别占6-9月总雨量的14.6%、26.7%、31.5%、22.5%、4.7%,中到暴雨占雨季降雨总量的80.7%,是土壤侵蚀强度大的重要原因;(2)坡面径流系数随最大30 min雨强的增大而增加,5°、10°、15°、20°、25°和30°坡面径流系数最小分别为0.033、0.034、0.063、0.092、0.093、0.112,最大分别为0.646、0.666、0.673、0.738、0.742、0.786,同等雨强条件下,降雨量能显著影响坡面径流系数;(3)产沙量随最大30 min雨强的增大而增加,5°、10°、15°、20°、25°和30°坡面产沙量最小分别为1.7、1.6、3.1、4.8、2.3、1.7 t·km~(-2),最大分别为75.4、234.7、440.5、486.7、489.5、477.1 t·km~(-2),产沙量随最大30 min雨强的变化过程受到植被覆盖度的影响;(4)在小雨(0.14～0.46 mm·min~(-1))、中雨(0.54～0.88 mm·min~(-1))、大雨(1.1～1.9 mm·min~(-1))下,坡面径流系数随坡度的增大而增大,最大径流系数分别为0.326、0.565、0.712。不同雨强下,坡面产沙量随坡度的变化存在差异,小雨和中雨下,产沙量变化的临界坡度为20°,最大产沙量分别为113.8、193.5 t·km~(-2),大雨下临界坡度为25°,最大产沙量为389.1 t·km~(-2),临界坡度随雨强的变化而改变。【结论】雨季是区域土壤侵蚀发生的关键时期,坡度显著影响土壤侵蚀强度,加强雨季水土保持对区域土壤可持续利用至关重要。     

伊犁河谷春季高层云滴谱分析

对伊犁河谷春季高层云滴谱进行了分析。结果表明,1981年5月9日伊犁河谷春季高层云的云滴谱宽为4~48μm,云滴谱平均浓度随云滴直径的变化呈单峰型分布,云滴直径12μm时浓度最大,为2.8个/cm3;云滴浓度随高度的变化范围为0.2~10.5个/cm3,云上部云滴浓度大于云底部;云滴平均直径最大值出现在云的中下部,平均为10.5μm;云中部云滴平均立方直径最大,平均为13.8μm;高层云中上部液态含水量最大,平均为68.8×10-5g/m3。     

模拟降雨下雨强对石灰岩坡地土壤径流及泥沙含量的影响

通过室内模拟降雨试验研究了降雨强度(简称雨强)对石灰岩土壤坡面产流产沙过程和侵蚀过程,结果表明:雨强在60~100 mm/h之间、其他条件相同,坡面动态径流量随雨强的增大而增大,即100 mm/h85 mm/h60 mm/h。雨强为100 mm/h时,坡面径流总量为540.97 L;雨强为60 mm/h时,径流总量为332.28 L,且100 mm/h时的径流总量约是60 mm/h时的1.6倍。同一雨强下,泥沙含量在产流初期迅速增大到峰值,随后持续下降,20 min后趋于稳定。