关于雨滴降落问题的MATLAB解法

目的 利用MATLAB软件探求雨滴降落问题的解法.方法 选用MATLAB来编程计算雨滴降落时的下落终极速度与下降距离的关系,并通过图像直观显现.结果 可以通过数值计算和图像非常清晰看到,雨滴降落终极速度是一常量.结论 利用MATLAB软件可以拓展物理教学和学生学习物理方法,是物理教学的一种新途径.     

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。     

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。     

一类变质量问题的一般解法

本文讨论了物体在恒定场中运动时,在一定条件下,物体的质量随时间变化。以雨滴在恒定重力场中的下落过程为例,根据密歇尔斯基运动方程,讨论了质量变化的6种情况,分别得到其运动方程式,并用幂级数法求出解答。     

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。     

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。      

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。     

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。     

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。      

惠州市酸雨演变的生态学意义

根据1997—2004年惠州市降水中酸雨频率、pH值、硝酸根和硫酸根等的浓度,研究了惠州市酸雨演变的生态学意义。结果表明,近年来惠州市的酸雨频率有明显增加的趋势;酸雨强度为弱酸型酸雨;酸雨类型仍以硫酸型酸雨为主,但随着SO2造成酸雨的贡献率降低,氮的氧化物的贡献率急剧增加,酸雨类型进一步接近于硝酸型;降水中氮营养盐含量较高,且有逐年升高的趋势,其中2004年的总氮含量较1997年的增加了一倍多。虽然目前降水尚未达到硝酸型的程度,但这种转变具有深远的生态学意义,特别是降水中氮的影响不容忽视。     

寒地稻作不同节水灌溉模式降雨利用率潜力分析

为研究不同灌溉模式降雨利用潜力,以寒地稻作为研究对象,系统分析了灌溉站30年的试验资料,结合同时期降雨数据,分别对有无蓄雨要求的几种灌溉模式进行了理论分析。结果表明,无蓄雨要求时,控制灌溉降雨利用率最低,间歇灌溉较低,常规灌溉较高,而湿润灌溉最高;在相同的蓄雨条件下,控制灌溉降雨利用率最高,湿润灌溉居次,间灌第三,常规灌溉最低。由此可见,控制灌溉的降雨利用潜力最大,其他灌溉模式低于控灌;不同的灌排及蓄雨标准能够对降雨利用率产生较大影响。     

大明山保护区的酸雨特征分析及气象影响机理

利用酸雨监测信息和气象常规资料,对广西大明山地区的酸雨时空特征进行了分析,结果表明,大明山降水的酸性较强.对影响酸雨的气象因子进行了统计分析,结果发现,外来污染源的传输是该地区酸雨形成的重要原因.冷空气的影响路径、降水量、大气逆温等气象要素对酸雨的形成有较大影响.     

青海省海东市不同等级降水和旱涝关系研究

利用1961～2015年青海省海东市5气象站逐日降水资料,根据中国气象局降水等级划分标准和旱涝Z指数的计算方法,分别统计海东市夏、冬半年不同等级雨量和雨日及计算Z指数,利用线性回归法分析海东市55年来不同等级雨日和雨量和Z指数的变化趋势,并采用偏相关系数、相对贡献率和合成分析等方法研究不同等级雨日和雨量对旱涝的影响。得出以下结论：①海东市夏(冬)半年降水以小雨(雪)和中雨(雪)为主,雨日和雨量及占年比例均呈现自南向北递增的空间分布。②夏半年小雨和大到暴雨的雨量及雨日呈减小趋势,中雨雨量和雨日呈增加趋势,冬半年小雪、中雪和大到暴雪的雨量及雨日均呈减小趋势。③夏、冬半年Z指数均表现为不显著的减小趋势。④夏、冬半年不同等级雨量和雨日与Z指数偏相关系数和相对贡献率分析,夏半年中雨和大到暴雨的雨量及雨日对Z指数有显著的影响,冬半年小雪的雨量和雨日对Z指数变化影响最大。⑤采用合成分析法的标准化值,无论是夏半年还是冬半年,在偏涝年,不同等级降水雨日和雨量基本都为正值,在偏旱年,不同等级降水雨日和雨量基本都为负值。在偏涝年,不同等级降水雨日和雨量差异夏半年主要表现在大到暴雨和中雨雨日及雨量,小雨雨日及雨量差异较小,而冬半年主要表现在小雪雨日及雨量,中雪次之,大到暴雪最小;在偏旱年,不同等级降水雨日和雨量差异夏半年主要表现在中雨雨日及雨量,大到暴雨次之,小雨最小,冬半年主要表现在小雪和中雪雨日及雨量,大到暴雪差异较小。     

基于大众审美的城市不同场地雨水花园设计要素研究

研究以国内外已建成的雨水花园为案例,以雨水花园空间组织、植物配置和水体形态3大设计要素为内容,采用问卷收集雨水花园审美评分数据和设计要素选择数据,并使用SPSS软件分析调查数据,研究分别在居住区、商业区和公共绿地场地中,风景园林相关专业人士和非风景园林专业人士对雨水花园审美和设计要素偏好及差异性。结果表明,2组人士对以上3种场地雨水花园审美偏好及设计要素选择既存在一致性,又存在差异性。针对分析结果,提出以上3种场地雨水花园设计建议,为雨水花园建设提供一定的理论依据。     

2008年辽宁省酸雨时空分布特点分析

[目的]分析酸雨时空分布状况,为进一步促进环境保护和生态保护工作奠定基础。[方法]采用数理统计、GIS技术和概率方法,对辽宁省酸雨时空分布特征进行分析。[结果]辽宁省2008年酸雨的出现具有一定的区域性特征,酸雨区域占全省的57.9%,大连、丹东和阜新地区为主要酸雨区。酸雨集中在6~9月,重酸性雨季节分布不明显。[结论]2008年辽宁省酸雨区域分布十分明显,有较明显的季节性,应当引起高度重视。     

菜阳河自然保护区天然植被物种多样性研究

采用植物群落学的原理和方法,对菜阳河自然保护区内的3种主要天然植被物种多样性进行研究 结果表明:植被型相同的群落间物种相似性程度较高,植被型不同的群落间物种相似性系数为山地雨林和季节雨林>山地雨林和季风常绿阔叶林>季节雨林和季风常绿阔叶林 季节雨林群落优势种明显,重要值集中在少数优势种上;山地雨林群落优势种不明显,重要值分布均匀;季风常绿阔叶林群落优势种明显,重要值分布不均匀 山地雨林群落物种丰富,多样性指数明显高于季节雨林群落和季风常绿阔叶林群落 季节雨林在物种多样性上表现最低     

小麦成熟期过度淋雨对种子质量的影响

为探讨小麦成熟期过度淋雨对种子质量的影响,以10个小麦基因型为试验材料,在连阴降雨(降雨量为53.6mm)条件下,对淋雨前后种子千粒重、发芽率、幼苗形态生理性状进行了测定分析。结果表明:(1)过度淋雨对种子千粒重影响显著,淋雨前比淋雨后10个基因型平均高2.58g,幅度为5.51%;(2)过度淋雨对种子发芽率也有显著影响,淋雨前比淋雨后10个基因型平均高28.4%;(3)过度淋雨前后的种子幼苗形态生理特性差异显著,10个基因型平均根长、根条数、苗高、鲜重和干物重前者均显著优于后者。     

地面气象观测中提高酸雨观测质量的方法

酸雨观测工作为酸雨研究提供宝贵的科学数据,是服务于可持续发展战略和环境保护等国家决策的基础性工作。酸雨观测的历史相对较短,观测经验不足,数据误差较大。分析表明,减小酸雨观测误差、提高酸雨观测质量的措施主要有以下几方面：严格按要求配制、保存和使用标准缓冲溶液;保持采样桶清洁;防止降水样品的二次污染和定期维护仪器设备。     

酸雨与铅协同作用对大豆萌发和幼苗生长的影响

[目的]研究不同浓度的铅与酸雨的复合处理对大豆种子萌发和幼苗生长的影响.[方法]以大豆为实验材料,采用室内盆栽培养方法,研究不同浓度的铅与模拟酸雨复合处理对大豆种子萌发和幼苗生长的影响.[结果]铅对大豆种子的萌发有一定的抑制作用,酸雨会影响大豆的发芽率;铅与酸雨的复合处理降低了幼苗的株高、叶面积、物质量和蒸腾速率,而对叶绿素的影响并不突出,叶绿素主要受酸雨酸度的控制;复合处理的抑制作用高于单一因子,且受铅的浓度与酸雨的酸度影响.[结论]重金属铅与酸雨的复合处理在抑制种子的萌发和幼苗的生长上具有协同作用.