基于激光雨滴谱仪的降雨特征研究

激光雨滴谱仪的应用对于更清楚地认识自然降水的发展演变过程具有重要意义.利用激光雨滴谱仪记录不同模拟降雨条件下的降雨特征,分析雨滴谱,计算雨滴动能,并与自动气象站的测量降雨装置进行对比分析发现,激光雨滴谱仪测量值相对于自动雨量计测量值整体偏低,但两者观测到的每分钟降水量变化趋势基本一致.雨滴谱分析结果显示,雨滴平均直径与总动能、雨强相关性甚微,与雨滴数量呈负相关;雨强与降雨总动能、直径0.25～ 6.00 mm雨滴动能在0.01水平(双侧)上显著相关;直径0.25～6.00 mm雨滴动能对总动能贡献最大,占总动能的99％以上;5 min总动能与5 min雨强之间关系密切.     

泾河南小河沟流域自然降雨特性

采用德国HSC-OTT Persivel32激光雨滴谱探测仪监测南小河沟流域自然降雨的雨滴谱,分析不同雨型自然降雨雨滴特征及其分布规律,并分析了降雨特性各要素间的相互关系。结果表明:(1)该区自然降雨雨滴直径集中在0.3~1.5mm,与黄土高原利用传统的滤纸色斑法测定结果基本一致,但略小于东北和闽南地区。当雨强I10mm/h时,雨滴中数直径随雨强的增大而增大;当I≥10mm/h时,雨滴中数直径骤然下降,这在一定程度上和雨强增大后大雨滴破裂有关。该地区雨谱随雨强的变化可用Best分布拟合。(2)普通型降雨雨滴数量随直径的分布曲线较平缓,其动能与雨强呈线性相关;而短阵型降雨的雨滴数量随直径的分布曲线较陡峭,其动能与雨强呈幂函数关系。两种雨型的降雨动能均随雨强的增大而增大,但短阵型降雨动能增大的更快,因此短阵型降雨的侵蚀力更大。     

密云山区林冠层对天然降雨能量影响的初步研究

通过定点长期激光雨滴谱(LNM)观测,对北京密云山区油松林内外降雨动力学特征进行了对比研究。结果表明,林外天然雨滴平均直径和雨滴中数直径都有随降雨强度的增加而增加的趋势;林外的雨滴直径较林内分布范围小,林外雨滴直径与累积雨量之间的关系曲线较林内平滑;小雨强(≤0.55 mm/h)气候条件下,林内降雨动能显著高于林外降雨动能,可初步认为在小雨强时林冠层对降雨能量有增大作用。     

QYJY-503C人工模拟降雨装置降雨特性试验

为了使基于人工模拟降雨装置的水土保持试验更可靠,采用人工降雨试验方法,通过研究QYJY-503C人工模拟降雨装置的降雨特性,探讨该装置在水土保持科学试验中的适用性。结果表明:1)雨滴达到终速时雨滴-色斑直径的关系为d=0.383 9D0.709;2)QYJY-503C人工模拟降雨装置有效降雨均匀度超过80%;3)在试验范围内,雨滴直径随降雨强度增大而增大,雨滴中数直径与降雨强度呈d50=0.559 5I0.280 5的幂函数关系,相同降雨强度条件下的雨滴直径较天然雨滴偏小20%~70%;4)降雨动能与降雨强度呈E=0.004 2I-0.021的线性关系,可通过控制降雨强度实现降雨动能与天然降雨的相似性;5)QYJY-503C人工模拟降雨装置性能稳定、可控性强,可适用于室内土壤侵蚀的研究。     

黄土高原南部人工林林冠对降雨特征的影响分析

林冠降雨特征是森林水文作用的重要机制,同时也是植被在水土保持作用中的重要内容。以黄土高原南部常见乔木刺槐、元宝枫、桉树为研究对象,以滤纸色斑法为基本实验原理,观测了该地区天然降雨15场,分别取得3种乔木冠下雨滴谱200份。通过对比分析林冠内外降雨特征,得到以下结论:林冠降雨特征与林外降雨特征有显著区别;林下雨滴分布呈现近似的正态分布,大雨滴数量较林外明显增多;林冠下雨滴中数直径（D₅₀）受降雨强度的影响很小,且在降雨强度小于0.1 mm/min时,林冠下D₅₀大于林冠外,当雨强大于0.1 mm/min,林外D₅₀有大于林内的趋势;降雨动能与雨滴中数直径有着相似的变化趋势。     

滇中高原常绿阔叶林对天然降雨雨滴动能的影响

为探究滇中高原优势群落常绿阔叶林植被对降雨雨滴动能的影响,于2016年和2017年5—9月,在天然降雨条件下运用自计雨量计和滤纸色斑法,通过定位监测磨盘山常绿阔叶林林外降雨和林内穿透雨特征及其雨滴特性,针对不同降雨条件研究了常绿阔叶林对雨滴动能等特征的影响。结果表明:林外的雨滴个数比林内降雨的雨滴个数多61.7%;随着雨量的增大,雨滴直径分布规律也呈逐渐增大的趋势;在小雨条件下,0.5mm林外降雨雨滴直径数量占总雨滴数的40.85%,而同径级雨滴林内仅占总数的12.22%,且以0.5~3.5mm的雨滴数量所占比例较大;当林外降雨雨滴直径超过4.5mm,雨滴终点速度稳定在9.34m/s;林内降雨雨滴直径超过4.1mm,雨滴终点速度稳定在7.05m/s;同一雨滴径级下,暴雨条件下的雨滴动能比小雨时的动能大98.29%,且随降雨量的增大而增大,林内累积雨滴动能的峰值达到林外降雨的20.68%。随着雨滴直径的增大,穿透雨势能、降雨总势能及林冠截留势能均呈逐渐增大的趋势,缓冲势能比穿透雨势能大46.59%,占总势能的65.18%。林冠层对小雨具有截持和增大林内降雨雨滴直径的作用,且造成林内降雨的滞后性,林冠对天然降雨的降雨速度、势能及动能起到明显的缓冲作用。     

黄土高原降雨雨滴动能的分布律

降雨强度、雨滴速度、雨滴动能等参量与土壤侵蚀关系密切。根据BestA．C．提出的雨滴直径分布函数，从理论上导出了符合黄土高原实际情况的雨滴动能分布密度和分布函数，它们都符合不同参数的韦伯分布。不同雨型、雨强条件下的雨滴速度和降雨总动能的理论计算值与前人的实测值吻合较好，表明韦伯分布的确可用于描述雨滴动能分布，其参数确定也是恰当的。因此可直接由降雨强度和雨型决定的雨滴动能分布经积分得出降雨总动能，而无须通过经验回归模型(通常存在地域差异)求取降雨总动能。     

陕西杨凌天然降雨雨滴特性研究

天然降雨雨滴特性是土壤侵蚀的动力因子之一,是研究降雨侵蚀力规律的基本依据。运用虹吸式雨量计记录杨凌的天然降雨过程,同时采用滤纸色斑法观测天然降雨雨滴的特征,结合图形处理软件Image-J处理雨滴直径。研究结果表明:该区天然降雨雨滴大小分布符合Best函数式;雨滴中数直径、降雨动能与降雨强度呈幂函数关系,但关系式中的系数由于雨型的不同和观测范围的限制而存在一定差异。     

沈阳市天然降雨雨滴特征研究

采用滤纸色斑法对沈阳市天然降雨雨滴进行观测,通过计算并运用回归分析对沈阳地区天然降雨雨滴特性进行研究。结果表明:沈阳地区天然降雨雨滴的大小分布遵守Best函数分布式;雨滴中数直径及降雨动能同降雨强度关系显著,呈幂函数关系。     

闽东南天然降雨雨滴特征的研究

该文在实测滴谱资料的基础上建立了闽东南地区雨滴大小分布函数。F=1-exp[-(d/3.58I^0.28)^5.19I0.11]并导出了雨滴中数直径、动能与雨强的关系为D₅₀=3.34I^0.29和E=36.04I^0.29。笔者认为两型对雨滴特征是有影响的。     

黄土地区主要树种的林冠降雨特征分析

在人工降雨条件下,采用色斑法对黄土地区4个主要树种幼树进行林冠降雨观测。结合AutoCAD、Excel数据处理软件,在0．1mm径级下分析不同树种的林冠降雨特性,并对比研究林外降雨和不同树种的林下降雨动能。结果表明：1）不同树种林冠降雨雨谱基本不受空旷地降雨强度影响;2）用正态分布函数和类卡方分布函数对林冠降雨雨谱描述和分析容易失真,应寻求更好的数学形式对林冠降雨雨谱进行表达;3）林冠降雨雨滴直径—体积分布密度图是双峰曲线,表明Best函数同样未能对林冠降雨大雨滴作出准确描述,而利用多项式函数直接表达累积体积效果更好;4）不同树种单位水体（1L）的林冠降雨动能大小为侧柏（28．18J）〉油松（26．74J）〉元宝枫（25．75J）〉刺槐（20．07J）,此结论也为在充分降雨条件下判断植被冠层是否增加了降雨动能提供了可比条件。     

中亚热带地区常绿阔叶林地表径流和产沙影响机制

为探究中亚热带地区常绿阔叶林地的地表径流和侵蚀产沙的影响机制,于2016年和2017年的5—9月在天然降雨条件下,采用野外定位观测结合室内试验分析方法,得到磨盘山常绿阔叶林林外降雨和林内穿透雨及其雨滴特性数据,采用RDA排序及CANOCO的Forward分析筛选出主导环境影响因子。结果表明:(1)产沙量与林外降雨量和林内穿透雨量存在正相关关系。当径流量0.064mm时,研究区内形成的地表径流才开始携带泥沙;林冠层对降雨动能的缓冲作用在降雨强度小的情况下较明显。(2)林冠缓冲动能、叶面积指数和树干茎流量与径流量产沙量存在负相关关系,降雨历时、林外降雨量、林内降雨量、平均雨强、雨滴个数、雨滴直径、雨滴速度、林内降雨动能、降雨总动能对径流量产沙量产生正相关影响。(3)对12个环境因子进行主导因子筛选,降雨总动能、林外降雨量、平均雨强、林冠缓冲动能、降雨历时对径流量产沙量的影响效果较为显著。从典范特征值分析结果显示,仅选择这5个主环境影响变量可解释环境影响因子与径流量产沙关系73.2%的信息量,比12个变量所解释的信息量仅少16.8%。     

沈阳地区天然降雨雨滴特征对坡面产沙量的影响

为了探究沈阳地区天然降雨雨滴特征与产沙量的关系,在天然降雨条件下,使用滤纸色斑法计算雨滴特征,利用野外径流小区（长8 m,宽1 m）采集沙样。运用相关分析法、灰色关联分析法和模糊贴近度分析法分析了降雨强度、雨滴动能、雨滴中值粒径、雨滴终点最大速度和雨滴质量与产沙量的关系。结果表明:经过相关分析和灰色关联分析,影响坡面产沙量的顺序为降雨强度 > 雨滴动能 > 雨滴中值粒径 > 最大雨滴终点速度 > 雨滴质量,模糊贴近度分析表明降雨强度对坡面产沙量的影响最大,降雨动能其次,雨滴质量影响最小。坡面产沙量分别与降雨强度、雨滴中值粒径、雨滴动能呈幂函数关系;天然降雨雨滴中值粒径与降雨强度呈幂函数关系;雨滴中值粒径和雨滴质量是雨滴动能的主要影响因子。     

人工模拟降雨的能量相似及其实现

 能量相似是降雨模拟的基本原则。通过对雨滴粒径、雨滴击溅速度、降雨均匀度等能量相似要素的分析和探讨,提出实现降雨模拟能量相似的重要手段,即在降雨高度、雨滴发生器等条件不变的情况下,通过调节雨强来实现降雨能量的相似;通过加大供水压力等手段可提高降雨动能,所以在降雨模拟实践中,降雨高度不一定需要达到使所有粒径的雨滴均达到终速所需的高度。     

雨滴侵蚀特征分析

引起水土流失发生的侵蚀营力是多方面的,其中雨滴的侵蚀作用不可忽视.雨滴击溅可分为干土溅散、泥浆溅散、层状侵蚀三个阶段.溅蚀具有明显的分带性,坡面上部的土壤溅蚀量大于坡面下部的土壤溅蚀量,雨滴击溅中约有75%的土粒向坡下迁移.雨滴中数直径D_(50)、降雨强度、雨滴终点速度与雨滴动能成正比关系,雨滴动能是地表径流动能的256倍,EI_(30)乘积是较好的表示雨滴侵蚀力指数的方法.     

小流域径流调控模型降雨特性模拟研究

基于小流域模型降雨试验研究中存在的不足,在模型模拟试验的基础上,将计算机矢量化软件和色斑法相结合,分析了模型人工降雨雨强率定、雨滴取样、雨滴大小组成分布、降雨能量等降雨特性参数,得出不同喷头组合、不同水头压力条件下模型雨强在0.114~1.33 mm/min之间各场降雨雨滴中数直径为1.122 7~2.139 4 mm,模型降雨总动能为188.74~3 980.03 J/mm。     

人工模拟降雨装置的设计及其参数率定

[目的]针对水环境领域中地表径流的水质研究所需的降雨特点,设计了一种人工模拟降雨装置。[方法]该模拟降雨装置采用3个规格不同的喷嘴式喷头,利用不同喷头的启闭与组合实现不同雨强的模拟。[结果]经率定,此装置降雨强度可达0.3~2.0mm/min,在此范围内降雨均匀系数均在85%以上,雨滴中数直径的范围为1.09~2.25mm,最大雨滴直径不超过6mm,雨滴终点速度可达到2~2.9mm/s。[结论]该装置模拟降雨与天然降雨的相似程度较高,可用于模拟真实的降雨情况。