(内蒙古东部人工影响天气中心，内蒙古 通辽 028000）
摘要：降水数据是研究气候变迁、天气动力、数值天气预报模式、水分平衡计算、水文模型等的重要参数，是雷达与卫星定标、水库管理、工程设计等的重要依据。基于此，本文重点分析激光雨滴谱仪的降雨特征，以发挥出其在区域性降雨监测中的作用。
关键词：激光雨滴谱仪 降雨特征 分析
引言
降水是云中微物理过程，云动力学过程和诸多因素综合作用的结果。云中宏观、微观过程矛盾共同作用的产物，降水过程可以通过雨滴大小分布情况反映出来。随着直径的变化单位体积内各种大小雨滴的分布情况称之为雨滴谱或雨滴尺度分布。对降水粒子特征进行研究，可以对云内的成雨机制进行解释，在对人工降雨的雨水条件、效果检验、增强雷达对降水测量的精确度，研究雨滴微波辐射、衰减过程等均具有十分重要的作用。经过三十多年的发展，雨滴谱观测获取的结果在气象、水文等领域中得到了大范围应用。其中，作为提供基础观测数据的仪器，雨滴谱观测仪在研究雨滴谱中发挥着十分重要的作用。在降雨观测中引入雨滴谱仪，进而对降水特征进行全面分析，在区域性降雨监测中占据重要地位。
1 激光雨滴谱仪与自动雨量计降雨量比较
为了验证激光雨滴谱仪测量降水量数据的精确度和可靠性水平，在多次对降水数据进行模拟时，将激光雨滴谱仪同自动气象站降水测量装置进行结合，借助于自动雨量计对降水量数据进行同步观测，并将最终观测到的降水量数据进行对比分析。为了避免因降水不均匀引起的测量误差，应将两个不同的观测仪器放在同一位置，可以在激光雨滴谱仪下方放置自动雨量计，这种放置方式可以消除观测中降水数据空间和时间上的误差。这里模拟不同降水强度下的11次连续降水，降水时间共16.2h、激光雨滴谱仪和自动雨量计的测量数据供972组进行分分析，观测到的降水强度在10~81mm/h之间，选取的降水量变化趋势基本保持一致，因激光雨滴谱仪的精确度水平较高，可以保留两位小数，因自动雨量计的观测数据精确度水平相对较低，可以保留一位小数。与此同时，相较于自动雨量计观测到的降水数据，激光雨滴谱仪观测到的数据整体偏低，尤其是降水强度在30～60mm/h的范围时，随着降水强度的增加，使用激光雨滴谱仪和自动雨量计观测到的降水量数据误差越大，出现这种情况的主要原因可能是雨量计中有残留的雨水存在；若降水强度在60~81mm/h，随着降水时间的持续，激光雨量谱仪和自动雨量计观测到的降水量数据几乎没有太大的差异；若降水强度在20~30mm/h时，使用自动雨量计观测到的降水量数据要小于激光雨滴谱仪测量的数据，但是前者观测到的降水量数值的变异系数比后者要大。总体说来，相较于激光雨滴谱仪来说，使用自动雨量计观测到的平均降水量数值和变异系数均较大，两个观测仪器测量的降水量数据变化趋势基本保持一致。为了对两种仪器下测量的降水量数据准确度差异进行比对，需要对样本进行大量收集并论证，尤其是要对比研究自然降雨情况下两种仪器的测量数据。
2 激光雨滴谱仪的应用
2.1雨滴谱分析
雨滴直径、分布组成、降落速度、动能等参数可以将雨滴谱特征反映出来。其中雨滴降落的质量和速度大小可以通过雨滴直径大小表示，也能反映雨滴所具有的动能大小，对雨滴直径进行测量极其重要。对于下落的雨滴来说，其形态大小并不是固定的，对其大小分布情况进行测量在技术上很难实现。选用人工方式对大量的雨滴特性参数数据进行采集，并选用科学有效的方式对雨滴直径进行统计分类。在实现该过程时繁琐且耗时，实时性差，有较大的误差存在。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆借助于激光雨滴谱仪可以对雨滴谱数据进行自动化测量，结合雨滴谱测量曲线，可以统计分类降水粒子，还能第一时间获取到瞬时降水量强度和累积降水量数据信息，结合降水过程和降水动能，在帮助人们提前应对灾害性天气方面具有十分重要的作用。
2.2雨滴动能计算
降雨动能可以将降雨侵蚀能力的情况反映出来，在研究土壤侵蚀模型中得到了普遍应用。在条件一定的情况下，结合降雨动能经验公式可以获取平均情况，很难估算不同地形条件下降雨动能的变异性和空间分布的情况，将雨滴谱函数和降雨微观过程的计算模型进行综合，可以对坡度、风速、风向等外界条件对降雨动能数据的影响进行研究和分析。利用激光雨滴谱仪可以对分钟内降水过程的雨滴速度、雨滴直径、雨滴数量等数据进行测量，进而获取到雨滴谱图表，再根据雨滴谱图表可以将雨滴动能计算出来。对不同降水强度下11次连续模拟降水，共16.2h、972组的激光雨滴谱测量的1min降雨量数据进行分析计算，对48min降水强度在36.49～45.46 mm/h之间的每分钟雨滴动能、不同直径雨滴数量及动能贡献率进行分析。最终获取到48组降水数据的平均降水强度为39.25 mm/h，雨滴平均直径在0.47mm左右，雨滴数量为每分钟12128个。因雨滴直径偏大或偏小都不容易产生强烈的击溅，这里重点分析直径在0.25~6.00mm的雨滴。
（1）对每分钟采集到的降水数据进行相关性分析，降水总动能、降水强度同雨滴平均直径之间没有太大的相关性，同雨滴数量之间呈现出负相关关系，也就是随着雨滴数量的增加，降水平均直径随之减小，两者之间的相关系数为-0.729,；降水强度分别与降水总动能、直径为0.25~6.00mm之间的雨滴动能之间呈现出正相关关系，相关系数分别为0.831、0.826，并通过了0.01的显著性水平检验；直径在0.25~6.00mm之间的雨滴动能对总动能的贡献率最大，超过了总动能的99%。
（2）对每5min的数据进行相关性分析。雨滴平均直径分别与5min总动能、降水强度之间没有太大的相关性；降水强度分别与降水总动能、直径为0.25~6.00mm之间的雨滴动能之间呈现出正相关关系，相关系数分别为0.850、0.804，并通过了0.01的显著性水平检验；5min总动能与5min降水强度之间的关系较为密切，两者之间呈现出正相关关系，随着5min总动能的增加，降水强度也随之增大。
3 结论：
（1）相较于自动雨量计观测到的降水数据，激光雨滴谱仪观测到的数据整体偏低，尤其是降水强度在30～60mm/h的范围时，随着降水强度的增加，两者观测到的降水量数据误差越大；若降水强度在60~81mm/h，随着降水时间的持续，两者观测到的降水量数据没有太大差异；两个观测仪器测量的降水量数据变化趋势基本保持一致。
（2）对每分钟采集到的降水数据进行相关性分析，降水总动能、降水强度同雨滴平均直径之间没有太大的相关性，同雨滴数量之间呈现出负相关关系；降水强度分别与降水总动能、直径为0.25~6.00mm之间的雨滴动能之间呈现出正相关关系，并通过了0.01的显著性水平检验；直径在0.25~6.00mm之间的雨滴动能对总动能的贡献率最大，超过了总动能的99%；5min总动能与5min降水强度之间的关系较为密切
参考文献：
[1]周黎明,王俊,张洪生,等.激光雨滴谱仪与自动气象站观测雨量对比分析[J].气象科技,2010,38(SI).
[2]朱亚乔,刘元波.地面雨滴谱观测技术及特征研究进展[J].地球科学进展,2013,28(6):685-694.
作者简介：王湘玉(1967-), 男, 汉族，湖南省郴州市资兴县人，本科学历，副研级高工，从事人工影响天气作业。
论文作者:王湘玉
论文发表刊物:《科技新时代》2018年11期
论文发表时间:2019/1/11
标签：雨滴论文; 动能论文; 数据论文; 降水量论文; 强度论文; 雨量计论文; 直径论文; 《科技新时代》2018年11期论文;