雨滴谱仪器的设计与雨滴谱资料的分析

【摘要】： 雨滴谱是指单位体积中雨滴大小的分布。本论文就雨滴做了两个方面的研究工作。一个方面是设计开发一种测量雨滴的仪器,即平板音箱雨滴谱仪的实验研究。另一个方面是对DISDROMETER仪器测量的雨滴资料进行分析研究。 平板音箱以声(振动)为原理来测量雨滴的大小和数目。在实验室内,我们使用了6种针头得到6种不同直径的水滴(包括试管口所获得的,共7种直径的水滴)。将水滴从不同高度滴在平板音箱板面的各个位置,根据等动量法,建立水滴直径同平板音箱振动信号振幅之间的统计函数关系。将实际降水过程中的各种雨滴直径代入到此统计函数关系中,最终建立起雨滴直径同平板音箱振动信号振幅值之间一一对应的查算表。 板面积水、水滴倾斜落在板面等对测量信号产生影响的因子,我们在实验室内都做了实验研究。板面积水测量得到的水滴信号没有规则,板面倾斜可以将板面的积水排除,但是板面倾斜的角度越大,测量得到的振动信号减弱。经过实验确定设置板面的倾角为30度。 由于声采集的优势,我们初步建立了双声道双板面、测量面积为258.56平方厘米(单个采样面积为129.78平方厘米)的平板音箱采集雨滴的测量技术。分析由DISDROMETER仪器测量的雨滴资料共分为两个步骤。第一步是对DISDROMETER仪器测量雨滴资料性能的检验;第二步是对DISDROMETER测量的雨滴资料进行5个方面的分析研究。 DISDROMETER仪器测量性能的检验是通过与雨滴谱试纸做同期测量比对实验分析来完成的。共分析了三次降水(2004年5月25日、2004年6月16日和2004年9月14日)。两种测量技术得到的雨滴谱谱分布在趋势上是较一致的,但是在小雨滴(≤0.75 mm)差异较大。这与DISDROMETER低估小雨滴,雨滴谱试纸高估小雨滴有关。降水强度(或者雷达反射率因子),两种测量技术得到的相关性在0.8371到0.8408(0.8367到0.8546);其随时间变化的趋势和幅值都是一致的。由此验证了DISDROMETER仪器测量结果的可信性。 雨滴资料的分析共有五个内容。 第一个内容是建立雨滴谱分布的数学表达式。分别尝试使用了M-P谱和Gamma谱。层状云使用两种方法得到的拟合相关系数都在0.9以上,而对流云