全國典型臺(tái)站降雨期雨滴譜特征分析

劉 振，吳雪媛，余 予，任芝花

（國家氣象信息中心，北京 100081）

近年來，極端天氣氣候事件頻發(fā)，極端降雨已成為關(guān)系社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要話題，已有研究結(jié)果顯示中國西北大部分地區(qū)、長(zhǎng)江中下游地區(qū)極端降水增多［1，2］。雨滴譜是指單位體積內(nèi)不同大小雨滴的數(shù)量隨直徑的分布。雨滴譜分布是云微物理過程與云動(dòng)力過程的產(chǎn)物，又會(huì)以雨滴拖曳等形式作用于云動(dòng)力過程。同時(shí)雨滴譜對(duì)云微物理參數(shù)化方案、雷達(dá)定量估計(jì)降水、人工影響天氣都有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值［3-11］。1948年Marshall等［12］首次提出雨滴譜呈負(fù)指數(shù)型分布，即M-P分布模型。為了解決M-P分布在大雨滴和小雨滴部分描述不準(zhǔn)的問題，Ul?brich等［13］提出 Gamma模型，在 M-P分布模型的基礎(chǔ)上引入了形變因子。近年來，國內(nèi)學(xué)者對(duì)雨滴譜特征展開了一系列的研究。國內(nèi)學(xué)者陳德林等［14］在20世紀(jì)80年代利用濾紙色斑法對(duì)雨滴譜進(jìn)行了研究。陳寶君等［15］研究了沈陽市3類降水云雨滴譜分布模型，研究結(jié)果認(rèn)為M-P分布只適用于穩(wěn)定的層狀云降水，而Gamma分布實(shí)用范圍更廣。周毓荃等［16］分析了河南省干旱年的雨滴譜特征，證明干旱季節(jié)雨強(qiáng)小，雨滴數(shù)濃度大。柳臣中等［17］分析了成都市雨滴譜特征，結(jié)果表明成都市層狀云降水雨強(qiáng)主要來自小雨滴，積云降水雨強(qiáng)主要來自大雨滴。周黎明等［18］研究了山東省3類降水云的雨滴譜分布特征，結(jié)果顯示層狀云以直徑小于2 mm的雨滴為主，積雨云以1～3 mm的雨滴對(duì)雨強(qiáng)貢獻(xiàn)最大。陳子健等［19］研究了河北省中南部3種暴雨的雨滴譜特征，結(jié)果表明河北省中南部暴雨過程主要以直徑小于1 mm的小雨滴為主。

隨著地面觀測(cè)自動(dòng)化業(yè)務(wù)的推進(jìn)，激光雨滴譜儀已陸續(xù)在全國地面觀測(cè)站裝備，從2017年開始各省已逐步實(shí)現(xiàn)向國家氣象信息中心實(shí)時(shí)傳輸資料。本研究擬分區(qū)域選取典型站點(diǎn)，利用分鐘雨滴譜觀測(cè)資料，進(jìn)行降雨時(shí)段雨滴直徑頻數(shù)百分率和質(zhì)量百分率分析，并初步討論不同時(shí)間尺度下的平均雨滴譜特征，對(duì)揭示不同地區(qū)降水特征具有一定的實(shí)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 雨滴譜儀觀測(cè)原理簡(jiǎn)介

激光雨滴譜儀是一種以激光為基礎(chǔ)的新一代光學(xué)粒子測(cè)量器及氣象傳感器，該儀器根據(jù)降水粒子對(duì)激光信號(hào)的衰減影響程度，監(jiān)測(cè)降水粒子的直徑和下落速度，確定降水現(xiàn)象類型和降水粒子的圖譜分布，可以對(duì)雨、毛毛雨、雪、雨夾雪、冰雹等降水類天氣現(xiàn)象進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)與識(shí)別，并按照預(yù)先設(shè)定的格式輸出。雨滴譜儀每分鐘采樣一次，可組合輸出32級(jí)粒子直徑（大小）、32級(jí)粒子下落速度共計(jì)1 024個(gè)通道內(nèi)的粒子個(gè)數(shù)，可測(cè)量粒徑范圍為0～26 mm，測(cè)量精度為0.001 mm。32級(jí)粒子直徑、32級(jí)粒子速度等級(jí)區(qū)間見表1。在下文中統(tǒng)一以直徑等級(jí)指代雨滴實(shí)際直徑。

1.2 站點(diǎn)選取

基于全國2 167個(gè)地面氣象站自建站以來的逐日降水量，結(jié)合臺(tái)站觀測(cè)的天氣現(xiàn)象，剔除由于降雪形成的日降水量，由日降雨量累計(jì)得到年降雨量。逐站滑動(dòng)進(jìn)行連續(xù)5年降雨量的累計(jì)，從中挑取最大值作為該站最大連續(xù)5年降雨量。

將全國劃分為東北、華北、華東、華中、華南、西北、西南7個(gè)區(qū)域，選取各區(qū)域歷史最大連續(xù)5年降雨量臺(tái)站，共計(jì)7個(gè)臺(tái)站，站點(diǎn)信息見表2。需要說明的是，華東區(qū)域排序第一的安徽省黃山站無雨滴譜觀測(cè)，而排序靠前的泰順等4個(gè)位于浙江省的臺(tái)站由于測(cè)報(bào)軟件問題，雨滴譜數(shù)據(jù)缺測(cè)較多，不可用于數(shù)據(jù)分析。因此，結(jié)合地理位置考慮，選取同為高山站的安徽省天柱山站（排序第6）。

1.3 資料選取與質(zhì)量控制

選取2018—2019年地面氣象站觀測(cè)的分鐘雨滴譜數(shù)據(jù)開展統(tǒng)計(jì)分析。首先利用天氣現(xiàn)象對(duì)雨滴譜資料進(jìn)行預(yù)處理，即如果有降雪（雪、陣雪、雨夾雪等）發(fā)生，則去除該天所有雨滴譜記錄，以剔除固態(tài)降水的影響，在本研究中只分析液態(tài)降水。

同時(shí)，受設(shè)備本身限制和觀測(cè)環(huán)境的影響，雨滴譜觀測(cè)數(shù)據(jù)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)邊緣效應(yīng)、濺射效應(yīng)等，需要對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量控制。以往有研究使用分鐘粒子總數(shù)和雨滴譜計(jì)算雨強(qiáng)進(jìn)行質(zhì)量控制［19］，在本研究中使用小時(shí)降雨進(jìn)行質(zhì)量控制。具體質(zhì)量控制步驟：統(tǒng)計(jì)逐小時(shí)雨滴譜記錄數(shù)，其中某一分鐘一個(gè)通道的觀測(cè)記為一條觀測(cè)記錄，將一小時(shí)內(nèi)的觀測(cè)記錄全部統(tǒng)計(jì)到整點(diǎn)。如果某時(shí)次h雨滴譜記錄數(shù)大于0，則要求h-1，h，h+1，…，h+3時(shí)次中至少一個(gè)時(shí)次的降水量大于0.1 mm。如果上述時(shí)次中均未出現(xiàn)降水，則認(rèn)為該時(shí)次觀測(cè)到的雨滴譜記錄錯(cuò)誤，予以剔除。

1.4 雨滴譜統(tǒng)計(jì)分析方法

按照雨滴直徑等級(jí)，分別對(duì)雨滴直徑頻數(shù)百分率和質(zhì)量百分率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。第i級(jí)直徑粒子的頻數(shù)百分率（pi）計(jì)算公式為：

第i級(jí)直徑粒子的質(zhì)量百分率（mpi）計(jì)算公式為：

考慮雨滴下落末速度時(shí)，第i級(jí)直徑粒子的頻數(shù)百分率（pvi）計(jì)算公式為：

第i級(jí)直徑粒子的空間數(shù)濃度即雨滴尺度譜［N（Di）］可以用公式表示為：

式中，M為統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)雨滴譜資料分鐘數(shù)，nijk為第k分鐘第i級(jí)直徑通道和第j級(jí)速度通道下的雨滴個(gè)數(shù)，Di為第i級(jí)直徑通道粒子直徑范圍的中值，Vj為第j級(jí)速度通道速度范圍的中值。

由雨滴譜資料計(jì)算降水強(qiáng)度（R），計(jì)算公式為：

第i級(jí)直徑粒子的雨強(qiáng)貢獻(xiàn)［R（D）i］計(jì)算公式為：

式中，nij為第i級(jí)直徑通道第j級(jí)速度通道下的雨滴個(gè)數(shù)，Vj為第j級(jí)速度通道的平均下落速度，S為采樣面積 54 cm2，Δt為采樣時(shí)間 60 s［19］。

2 結(jié)果與分析

2.1 雨滴譜計(jì)算雨強(qiáng)與臺(tái)站觀測(cè)雨強(qiáng)對(duì)比

利用雨滴譜資料計(jì)算分鐘降雨量，進(jìn)而累計(jì)得到小時(shí)降雨量。將雨滴譜計(jì)算雨強(qiáng)與臺(tái)站觀測(cè)雨強(qiáng)進(jìn)行逐小時(shí)對(duì)比分析，平均差值和相關(guān)系數(shù)見表3。結(jié)果顯示，各臺(tái)站基于雨滴譜數(shù)據(jù)計(jì)算的雨強(qiáng)與臺(tái)站觀測(cè)雨強(qiáng)的平均差值均為負(fù)值，總體來說雨滴譜計(jì)算雨強(qiáng)較臺(tái)站觀測(cè)雨強(qiáng)偏小，最大差值出現(xiàn)在寬甸和天柱山站。各臺(tái)站基于雨滴譜數(shù)據(jù)計(jì)算的雨強(qiáng)與臺(tái)站觀測(cè)雨強(qiáng)的平均相關(guān)系數(shù)都在0.92以上，存在顯著的正相關(guān)，其中相關(guān)性最好的是西盟站，相關(guān)系數(shù)為0.986 5，天柱山站相關(guān)性相對(duì)較差，為0.928 0。

表3 雨滴譜計(jì)算雨強(qiáng)與臺(tái)站觀測(cè)雨強(qiáng)平均差值和相關(guān)系數(shù)

圖1給出了天柱山站、寬甸站、西盟站雨滴譜計(jì)算雨強(qiáng)與臺(tái)站觀測(cè)雨強(qiáng)的對(duì)比，并給出二者的線性擬合曲線。從圖1可以看出，3個(gè)站點(diǎn)總體相關(guān)性較好，但天柱山站和寬甸站在大雨強(qiáng)情況下表現(xiàn)比西盟站差。3個(gè)站散點(diǎn)分布大致都在1∶1線下，進(jìn)一步說明雨滴譜計(jì)算雨強(qiáng)較臺(tái)站觀測(cè)雨強(qiáng)偏小的結(jié)論。同時(shí)，雨滴譜計(jì)算雨強(qiáng)與臺(tái)站觀測(cè)雨強(qiáng)的差值隨雨強(qiáng)增大而增大。這與賈小芹等［20］在山東省東營(yíng)站的研究結(jié)果一致，其結(jié)果認(rèn)為大雨條件下雨滴譜儀較自動(dòng)站降水明顯偏少。造成這種差異的原因有兩個(gè)，一是雨滴譜儀在大雨條件下由于雨滴重疊遮擋引起的觀測(cè)誤差被放大［21］；另一個(gè)原因是雨滴譜儀與傳統(tǒng)稱重式降水傳感器工作原理的不同導(dǎo)致儀器靈敏度有所差異［20］，引起分鐘雨量差異，當(dāng)降雨過程靠近整點(diǎn)時(shí)就會(huì)影響小時(shí)降雨的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

2.2 雨滴直徑等級(jí)頻數(shù)百分率和質(zhì)量百分率

雨滴直徑等級(jí)頻數(shù)百分率可以用來衡量不同直徑雨滴對(duì)雨滴數(shù)濃度的貢獻(xiàn)。使用百分率的形式可以消除不同臺(tái)站總降雨量不同導(dǎo)致雨滴數(shù)濃度差異帶來的影響，方便不同臺(tái)站之間進(jìn)行對(duì)比?；?個(gè)臺(tái)站2018—2019年分鐘雨滴譜觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用公式（1）統(tǒng)計(jì)了降雨時(shí)各雨滴直徑等級(jí)的頻數(shù)百分率，結(jié)果見圖2。從圖2可以看出，各站雨滴直徑等級(jí)頻數(shù)百分率分布形態(tài)都呈比較明顯的雙峰結(jié)構(gòu)，其中寬甸站、天柱山站、婺源站、恩平站儀器型號(hào)為DSG5型，主峰值出現(xiàn)在第3等級(jí)；鎮(zhèn)巴站、新縣站儀器型號(hào)為DSG4型，西盟站儀器型號(hào)為DSG1型，主峰值出現(xiàn)在第5等級(jí)。波峰位置的不同可能是由于觀測(cè)儀器型號(hào)差異導(dǎo)致的。需要說明的是，上述3種型號(hào)設(shè)備在臺(tái)站配備前，經(jīng)過中國氣象局嚴(yán)格考核評(píng)估，均符合中國氣象局觀測(cè)業(yè)務(wù)技術(shù)規(guī)定。7個(gè)臺(tái)站的雨滴直徑等級(jí)頻數(shù)百分率第二峰值同時(shí)出現(xiàn)在第11等級(jí)，出現(xiàn)此峰值的原因有待于進(jìn)一步研究。

圖1 雨滴譜計(jì)算雨強(qiáng)與臺(tái)站觀測(cè)雨強(qiáng)對(duì)比

圖2 雨滴直徑等級(jí)頻數(shù)百分率分布

雨滴直徑等級(jí)質(zhì)量百分率實(shí)際反映的是不同直徑雨滴對(duì)雨強(qiáng)的貢獻(xiàn)率。2018—2019年7個(gè)臺(tái)站雨滴直徑等級(jí)的質(zhì)量百分率分布見圖3。從圖3可以看出，雨滴直徑等級(jí)質(zhì)量百分率西盟站、鎮(zhèn)巴站的分布形態(tài)類似，表現(xiàn)為比較明顯的三峰結(jié)構(gòu)，峰值依次出現(xiàn)在第9等級(jí)、第11等級(jí)、第16等級(jí)，其中第11等級(jí)為主峰；新縣站、天柱山站、婺源站也表現(xiàn)為三峰結(jié)構(gòu)，3個(gè)峰值依次出現(xiàn)在第11等級(jí)、第16等級(jí)、第21等級(jí)，其中新縣站主峰值出現(xiàn)在第16等級(jí)，婺源站、天柱山站主峰值出現(xiàn)在第11等級(jí)；寬甸站呈四峰結(jié)構(gòu)，峰值出現(xiàn)在第11等級(jí)、第16等級(jí)、第21等級(jí)以及第26等級(jí)；恩平站只有2個(gè)峰值，分別為第13等級(jí)和第16等級(jí)。新縣站與西盟站、鎮(zhèn)巴站的雨滴直徑等級(jí)頻數(shù)百分率分布形態(tài)類似，但質(zhì)量百分率分布卻出現(xiàn)比較大的差異，主要是由于質(zhì)量與雨滴直徑的三次方呈正比，大雨滴頻數(shù)上細(xì)微變化的影響被放大。

圖3 雨滴直徑等級(jí)質(zhì)量百分率分布

根據(jù)雨滴直徑大小，將雨滴劃分為0～1 mm、1～2 mm、＞2 mm 3個(gè)級(jí)別，依次對(duì)應(yīng)小雨滴、中雨滴、大雨滴，頻數(shù)百分率分別記為p1、p2、p3，質(zhì)量百分率分別記為mp1、mp2、mp3。表 4給出了3種類型雨滴的頻數(shù)百分率和質(zhì)量百分率。結(jié)果表明，直徑小于1 mm的小雨滴對(duì)雨滴數(shù)濃度的平均貢獻(xiàn)率達(dá)到77.8%，而對(duì)雨強(qiáng)的平均貢獻(xiàn)率只有18.1%。直徑大于2 mm的大雨滴只占總數(shù)濃度的2.6%，卻貢獻(xiàn)了41.8%的雨強(qiáng)。

2.3 考慮雨滴下落末速度影響的雨滴直徑等級(jí)頻數(shù)百分率

將各直徑通道內(nèi)不同速度的粒子相加，實(shí)際上得到的是平面譜，將平面譜除以雨滴下落速度，得到的就是空間數(shù)濃度。標(biāo)準(zhǔn)大氣壓環(huán)境下，雨滴下落末速度與雨滴直徑滿足Gunn-Kinzer關(guān)系［22］：V（D）=9.65-10.3exp（-0.6D），也就是說下落末速度隨雨滴直徑增大而增大，因此可以預(yù)計(jì)，相較于空間數(shù)濃度分布，平面數(shù)濃度分布在小雨滴區(qū)間偏小而在大雨滴區(qū)間偏大。為分析雨滴下落末速度對(duì)不同直徑雨滴數(shù)濃度分布的影響，現(xiàn)根據(jù)公式（3）計(jì)算2018—2019年各等級(jí)直徑雨滴的頻數(shù)百分率，結(jié)果見圖4。從分布形態(tài)可以看到，鎮(zhèn)巴站的主峰從第5等級(jí)轉(zhuǎn)移到了第4等級(jí)，其他站形態(tài)沒有變化，但都出現(xiàn)了主峰升高，次峰下降現(xiàn)象。這與之前平面譜分布在小雨滴區(qū)間偏小而在大雨滴區(qū)間偏大的預(yù)期一致。

表4 不同類型雨滴的頻數(shù)百分率和質(zhì)量百分率（單位：%）

圖4 考慮雨滴下落末速度影響的雨滴直徑等級(jí)頻數(shù)百分率

為了衡量雨滴下落末速度對(duì)不同直徑等級(jí)對(duì)空間數(shù)濃度貢獻(xiàn)的影響程度大小，按照小雨滴、中雨滴、大雨滴重新統(tǒng)計(jì)了不同大小雨滴對(duì)空間數(shù)濃度的貢獻(xiàn)率（表略）。結(jié)果顯示，相較于不考慮雨滴下落末速度影響的情況，小雨滴對(duì)雨滴數(shù)濃度的平均貢獻(xiàn)率從77.8%增長(zhǎng)到87.5%，貢獻(xiàn)率增大了9.7個(gè)百分點(diǎn)；中雨滴從19.6%下降到11.2%，貢獻(xiàn)率降低了8.4個(gè)百分點(diǎn)；大雨滴從2.6%下降到1.3%，貢獻(xiàn)率降低1.3個(gè)百分點(diǎn)。

2.4 極端天氣下不同時(shí)間尺度平均雨滴譜特征和雨強(qiáng)貢獻(xiàn)

根據(jù)2018—2019年各站雨滴譜計(jì)算小時(shí)雨強(qiáng)，統(tǒng)計(jì)得到各站小時(shí)雨強(qiáng)最大值及出現(xiàn)時(shí)間。在相應(yīng)時(shí)次內(nèi)，基于雨滴譜計(jì)算的分鐘雨強(qiáng)分別統(tǒng)計(jì)各站最大連續(xù)30 min降雨、最大連續(xù)10 min降雨及最大1 min降雨以及對(duì)應(yīng)的出現(xiàn)時(shí)間。各站最大雨滴譜小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)時(shí)間見表5。基于相應(yīng)時(shí)間段內(nèi)的分鐘雨滴譜觀測(cè)資料，利用公式（5）計(jì)算不同時(shí)間尺度下的平均雨滴譜，利用公式（6）計(jì)算不同時(shí)間尺度下的平均雨強(qiáng)貢獻(xiàn)。

表5 各站最大雨滴譜雨強(qiáng)出現(xiàn)時(shí)間

即使在最強(qiáng)1 h降雨過程中，雨強(qiáng)也不是恒定不變的。以1、10、30、60 min平均雨滴譜依次代表降雨強(qiáng)度由強(qiáng)到弱的過程，來模擬降雨強(qiáng)度強(qiáng)弱變化過程，研究雨滴譜分布隨降雨強(qiáng)度變化的演變特征。

從圖5寬甸站雨滴數(shù)濃度和雨強(qiáng)貢獻(xiàn)的分布來看，降雨最強(qiáng)時(shí)（即1 min平均曲線）大雨滴數(shù)量較多，雨強(qiáng)主要由第15～21等級(jí)雨滴貢獻(xiàn)。降雨稍弱時(shí)（即10 min平均曲線），第15～21等級(jí)大雨滴數(shù)量減少，而第22級(jí)超大雨滴增多，這可能是由于大雨滴在下落過程中發(fā)生碰撞合并成超大雨滴；同時(shí)，第2～9等級(jí)直徑小于1 mm的小雨滴，特別是第2等級(jí)的超小雨滴數(shù)量急劇增大，這可能是由于大雨滴受氣流作用發(fā)生形變破碎以及碰撞角度偏大時(shí)引起的碰撞破碎，兩種作用形成大量小雨滴。從雨強(qiáng)貢獻(xiàn)的變化來看主要表現(xiàn)為大雨滴對(duì)雨強(qiáng)的貢獻(xiàn)顯著減小，而小雨滴對(duì)雨強(qiáng)貢獻(xiàn)的增長(zhǎng)幅度很小。10 min平均曲線到30 min平均曲線及30 min平均曲線到60 min平均曲線表現(xiàn)為各直徑等級(jí)數(shù)濃度和雨強(qiáng)貢獻(xiàn)的普遍減弱，超大雨滴消失，雨滴譜寬收窄。

從圖6可以看出，恩平站在1 min平均雨滴譜中，大雨滴擁有較高的數(shù)濃度，同時(shí)在第2等級(jí)超小雨滴處數(shù)量龐大；雨強(qiáng)稍弱時(shí)即10 min平均曲線，大雨滴和超小雨滴數(shù)濃度同時(shí)下降，小雨滴和中雨滴數(shù)量增多。從雨強(qiáng)貢獻(xiàn)來看，二者雨強(qiáng)貢獻(xiàn)差值最大達(dá)到15 mm/h，說明統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)分鐘雨強(qiáng)分布極不均勻，降雨經(jīng)歷了快速增強(qiáng)或者減弱的過程。直徑小于0.250 mm的超小雨滴數(shù)濃度是否可能與雨強(qiáng)和大雨滴數(shù)濃度存在某種正相關(guān)關(guān)系，需要進(jìn)一步研究論證。新縣站、西盟站的變化特征與恩平站類似，此處不再單獨(dú)分析。

圖7顯示，1 min平均雨滴譜在第22等級(jí)處出現(xiàn)峰值，說明有超大雨滴產(chǎn)生，并貢獻(xiàn)了3.2 mm/h的雨強(qiáng)。隨雨強(qiáng)減小，該峰值消失，雨滴譜寬收窄，所有直徑的雨滴數(shù)濃度減少。鎮(zhèn)巴站演變特征與婺源站類似，此處不再單獨(dú)分析。

從圖8可以看出，天柱山站1 min平均雨滴數(shù)濃度分布與M-P模型中雨滴數(shù)濃度隨雨滴直徑呈負(fù)指數(shù)變化的特征差異明顯，呈多峰結(jié)構(gòu)，大雨滴和超大雨滴數(shù)濃度數(shù)值較大；隨著雨強(qiáng)減弱，雨滴譜結(jié)構(gòu)重新符合負(fù)指數(shù)分布特征。這是由于雨滴譜儀觀測(cè)失靈導(dǎo)致的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，還是高海拔導(dǎo)致的雨滴譜型結(jié)構(gòu)，有待于后續(xù)進(jìn)一步研究論證。

需要說明的是，此處用不同時(shí)間尺度下平均雨滴譜的變化來分析雨滴譜隨雨強(qiáng)的演變特征，沒有結(jié)合當(dāng)時(shí)暴雨過程進(jìn)行降雨類型和降雨強(qiáng)度時(shí)間變化分析，無法區(qū)分降雨過程是由強(qiáng)變?nèi)踹€是由弱轉(zhuǎn)強(qiáng)，只能反映隨雨強(qiáng)變化的平均雨滴譜的變化特征。

圖5 寬甸站不同時(shí)間尺度平均雨滴譜和雨強(qiáng)貢獻(xiàn)

圖6 恩平站不同時(shí)間尺度平均雨滴譜和雨強(qiáng)貢獻(xiàn)

圖7 婺源站不同時(shí)間尺度平均雨滴譜和雨強(qiáng)貢獻(xiàn)

圖8 天柱山站不同時(shí)間尺度平均雨滴譜和雨強(qiáng)貢獻(xiàn)

3 結(jié)論

1）基于分鐘雨滴譜數(shù)據(jù)計(jì)算的小時(shí)雨強(qiáng)與臺(tái)站觀測(cè)雨強(qiáng)平均相關(guān)系數(shù)均超過0.92，相關(guān)性顯著。雨滴譜計(jì)算雨強(qiáng)與臺(tái)站觀測(cè)雨強(qiáng)的平均差值為負(fù)值，差值隨雨強(qiáng)增大而增大。

2）雨滴直徑等級(jí)頻數(shù)百分率分布為雙峰結(jié)構(gòu)，主峰出現(xiàn)在第3等級(jí)（0.250～0.375 mm）或第5等級(jí)（0.500～0.625 mm），其中鎮(zhèn)巴站、西盟站、新縣站主峰出現(xiàn)在第5等級(jí)，其他站出現(xiàn)在第3等級(jí)；次峰出現(xiàn)在第11等級(jí)（1.250～1.500 mm）。質(zhì)量百分率分布為多峰結(jié)構(gòu)，峰值多出現(xiàn)在第11等級(jí)或第16等級(jí)。

3）直徑小于1 mm的小雨滴對(duì)雨滴數(shù)濃度的平均貢獻(xiàn)率達(dá)77.8%，對(duì)雨強(qiáng)的平均貢獻(xiàn)率只有18.1%。直徑大于2 mm的大雨滴僅占雨滴數(shù)濃度的2.6%，卻貢獻(xiàn)了41.8%的雨強(qiáng)。

4）考慮雨滴下落末速度的影響后，頻數(shù)百分率分布結(jié)構(gòu)的主峰升高，次峰下降。小雨滴對(duì)雨滴數(shù)濃度的貢獻(xiàn)率從77.8%增長(zhǎng)到87.5%，貢獻(xiàn)率增大了9.7個(gè)百分點(diǎn)；中雨滴對(duì)雨滴數(shù)濃度的貢獻(xiàn)率從19.6%下降到11.2%，貢獻(xiàn)率降低8.4個(gè)百分點(diǎn)；大雨滴對(duì)雨滴數(shù)濃度的貢獻(xiàn)率從2.6%下降到1.3%，貢獻(xiàn)率降低1.3個(gè)百分點(diǎn)。

5）通過對(duì)各站最大降雨時(shí)次1、10、30、60 min平均雨滴譜特征分析結(jié)果表明，隨雨強(qiáng)減弱，大雨滴數(shù)濃度降低，超大雨滴消失，雨滴譜寬收窄；小雨滴數(shù)濃度變化特征表現(xiàn)出站點(diǎn)差異，這可能與不同臺(tái)站降水類型有關(guān)，需要后續(xù)進(jìn)一步深入分析研究。