水文学原理课件(第四章)

第四章降水(Precipitation)本章主要内容降水要素及其时空变化表示方法(Precipitationelements&Temporalandspatialvariation)降雨类型及其影响因素(TypesofrainfallandAffectingfactors)区域（流域）平均降雨量计算方法(CalculationmethodofAveragerainfalloveranarea)降雨资料的检验(Testofrainfalldata)第一节降水要素及其时空变化表示方法降水的定义1降雨的基本要素2降雨时间变化的表示方法3降雨空间变化的表示方法4降雨要素的综合曲线5第一节降水要素及其时空变化表示方法1、降水的定义大气中的液态水滴或固态冰雪颗粒，在重力作用下，克服空气阻力，从空中降落到地面的现象称为降水。雨露霜雪雹第一节降水要素及其时空变化表示方法2、降雨的基本要素DefinitionUnit指一定时段内降落在某一点或某一面积上的总雨量mm降雨从某时刻到另一时刻所经历的时间称为降雨历时min,h,d单位时间内的降雨量称为降雨强度mm/minmm/h降雨笼罩范围的水平投影面积km2暴雨集中的较小的局部地区RainfallElements降雨量(深)Rainfall(depth)降雨历时(Rainfallduration)降雨强度(Rainfallintensity)降雨面积(Rainfallarea)暴雨中心(Stormcenter)第一节降水要素及其时空变化表示方法3、降雨时间变化的表示(1)时段降雨量柱状图：时段降雨量与相应时段之间的关系图称为时段降雨量柱状图12345601020304050降水量过程图降水量（mm）时段时间时段降雨13:42014:0011.514:3033.515:3431.917:001.618:102.219:000第一节降水要素及其时空变化表示方法(2)降雨量累积过程线：从降雨开始至某时刻的降雨量与该时刻时间之间关系曲线称为降雨量累积过程线0.020.040.060.080.0100.0120.01213141516171819时间降水量(mm)累积降水量过程线时间时段降雨累积降雨13:420014:0011.511.514:3033.545.015:3431.976.917:001.678.518:102.280.719:00080.73、降雨时间变化的表示第一节降水要素及其时空变化表示方法(3)降雨强度过程线：降雨强度与相应时间之间的关系曲线称为降雨强度过程线。3、降雨时间变化的表示第一节降水要素及其时空变化表示方法4、降雨空间变化的表示几个概念：雨量站网：一个区域内一般设立有若干个雨量站，其总和称为雨量站网。雨量站网密度：区域面积/雨量站个数等雨量线绘制：将每个雨量站观测所得的同一时段的时段降雨量或一次降雨的降雨量点绘在各自测站的位置上，然后按降雨量相同的原则连成光滑曲线。第一节降水要素及其时空变化表示方法等雨量线的做法类似于地形图等高线的做法。b等雨量线所表示的降水分布与实际降水分布的符合程度取决于：（1）雨量站位置（2）雨量站数目4、降雨空间变化的表示第一节降水要素及其时空变化表示方法统计降雨强度过程线中各种不同历时的最大平均雨强，最大平均雨强与历时的关系即为降雨强度与历时曲线。(1)降雨强度与历时曲线Rainfallintensity-durationcurve5、降雨要素综合曲线第一节降水要素及其时空变化表示方法020406080012345678时间降水量(mm)降雨强度与历时曲线时间累积降雨时段降雨13:000014:0011.511.515:0060.048.516:0077.017.017:0078.51.518:0080.72.2历时累积降雨雨强148.548.5265.532.8377.025.7478.519.6580.716.1680.713.4例一(1)降雨强度与历时曲线Rainfallintensity-durationcurve5、降雨要素综合曲线第一节降水要素及其时空变化表示方法在一定历时降雨量的等雨量线图上，从暴雨中心开始，分别计算每一条等雨量线所包围的面积及该面积的平均降雨深。点绘这两者之间的关系，所得曲线称为降雨深与面积关系曲线。(2)降雨深与面积关系曲线Rainfalldepth-areacurve5、降雨要素综合曲线第一节降水要素及其时空变化表示方法分别对不同历时的等雨量线图点绘降雨深与面积关系曲线，得到一组以历时为参变数的降雨深与面积关系线。（3）降雨深与面积和历时关系曲线Rainfalldepth-area-durationcurve5、降雨要素综合曲线第二节降雨的分类及影响降雨的因素降水成因降雨分类影响降雨的因素第二节降雨的分类及影响降雨的因素1、降水成因水汽、上升运动和冷却凝结（凝结核）是形成降水的三个因素。降雨聚集凝结核冷却动力抬升大气中水汽第二节降雨的分类及影响降雨的因素2、降雨分类按降雨要素量级第二节降雨的分类及影响降雨的因素按动力冷却条件2、降雨分类气旋雨(Cyclonicrain)对流雨(Convectional/Convectiverain)台风雨(Typhoons/Hurricanes)地形雨(Orographicrain)第二节降雨的分类及影响降雨的因素气旋雨Cyclonicrain气旋雨：气旋或低气压过境带来的降雨称为气旋雨。非锋面雨(Non-frontalrain)—气流向低压区辐合引起气流上升冷却产生降雨。锋面雨(Frontalrain)—冷气团楔入暖气团底部迫使暖气团抬升形成降雨。冷气团暖气团暖气团冷气团暖气团冷气团暖气团冷气团暖气团冷气团暖气团冷气团暖气团冷气团暖气团冷气团暖锋雨特点：落区大雨强小历时长冷锋雨冷气团暖气团冷气团暖气团冷气团暖气团冷气团暖气团冷气团暖气团冷气团暖气团冷气团暖气团冷气团暖气团特点：落区小雨强大历时短第二节降雨的分类及影响降雨的因素台风雨Typhoons台风雨：热带海洋上的风暴登陆大陆所引起的降雨称为台风雨。特点：降雨不均，暴雨强度极大，历时较短。2000年8月22日在台湾登陆的台风－碧利斯2005年8月8日台风“麦莎”台风“云娜”登陆浙江温岭台风“艾利”影响浙江台风登陆法国第二节降雨的分类及影响降雨的因素被冲毁后的板桥水库如今的板桥水库台风雨Typhoons——河南75.8大洪水第二节降雨的分类及影响降雨的因素地形雨Orographicrain地形雨：由于地形的抬升作用导致的降雨称为地形雨。第二节降雨的分类及影响降雨的因素3、影响降雨的因素（1）地理位置的影响低纬度地区降水多于高纬度地区，沿海地区降水多于内陆地区。（2）气旋、台风路径的影响常有气旋、台风过境的地区降水较多。（3）地形的影响地形主要通过强迫气流抬升使降水量增多。（4）其它因素的影响第三节区域（流域）平均降雨量计算方法算术平均法(Arithmeticmeanmethod)1泰森多边形法(Thiessenpolygonmethod)2等雨量线法(Isohyetalmethod)3距离平方倒数法(Inversedistance-squaredmethod)4第三节区域（流域）平均降雨量计算方法1、算术平均法Arithmeticmeanmethod计算公式：nliipnP1适用条件：流域内雨量站分布均匀，且测站位置合理站点较多，地形起伏不大，流域内降雨量分布均匀或变化均匀。第三节区域（流域）平均降雨量计算方法2、泰森(Thiessen)多边形法(垂直平分法，加权平均法)泰森多边形绘制方法：1)按地图上测站的位置连线，构成许多锐角三角形；2)对每个三角形各边作垂直平分线，再用这些垂直平分线构成以每个测站为核心的多边形；3)量取每个多边形的面积fi。第三节区域（流域）平均降雨量计算方法2、泰森(Thiessen)多边形法(垂直平分法，加权平均法)适用条件：雨量站分布不均计算公式：niiifPFP11缺点：1）没有考虑地形影响，假定雨量呈线性变化；2）权重系数是固定的，不能反映降雨空间分布复杂多变的特点。泰森多边形的制作方法图解说明泰森多边形制成后的效果第三节区域（流域）平均降雨量计算方法3、等雨量线法Isohyetalmethod计算步骤：1)绘制等雨量线；2)量取每2条相邻等雨量线间的面积；3)求各相邻等雨量线间的平均雨深，然后再乘以相应的面积权重，得权雨量；4)将所有的权雨量相加，即得流域平均雨量。第三节区域（流域）平均降雨量计算方法3、等雨量线法Isohyetalmethod计算公式：niiinnFfpFfpfPfPP12211适用条件：足够多的雨量站资料，地形资料缺点：不同场次降雨，其面积权重是变化的，所以每次降雨都必须绘制等雨量线图，工作量很大第三节区域（流域）平均降雨量计算方法321325105302253055012550580aaaaaaP实例3、等雨量线法Isohyetalmethod第三节区域（流域）平均降雨量计算方法4、距离平方倒数法Inversedistance-squaredmethodmiimiiijddpx1212)/1()/(njjxnp11第三节区域（流域）平均降雨量计算方法ComparisonbetweenfivecalculationmethodofaveragerainfalloveranareaMethod适用条件优点缺点AMM区域面积不大，地形起伏较小，雨量站分布比较均匀计算简单对所有雨量站采用同样的权重，无法考虑降雨时空变化TPM雨量站分布不均计算简单权重系数是固定的，不能反映降雨空间分布复杂多变的特点IsoM足够多的雨量站资料，地形资料理论完善，考虑降雨空间分布不均不同场次降雨，其面积权重是变化的，所以每次降雨都必须绘制等雨量线图，工作量很大IDSM足够多的雨量站资料，地形资料(改进了站与站之间雨量呈线性变化的假设）便于计算机处理，可作为分布式模型输入计算过程复杂第四节降雨资料的检验1、降雨资料的一致性鉴别如分析降水资料的前后一致性邻近多站平均累积年降水量(mm)站累积年降水量(mm)85年第四节降雨资料的检验2、非一致降水资料的改正说明自1985年起，站逐年测到的降水量比原来观测条件下观测到的降水量减小了KC/KB倍，为保持降水量资料的一致性，可将85年前观测的雨量按KC/KB的系数进行改正。站累积年降水量(mm)邻近多站平均累积年降水量(mm)至95年的累积雨量BC85年AKBKC附一雷达测雨(Radarmeasurementofrainfall)1、简介雷达定量测量降雨对洪水预报具有重要的意义。在水文研究中，降水是一个非常重要的变量，水文对降水测量的要求是对一个面上的测量。而现在水文上常用的方法是利用雨量计的测量结果代表某个流域上的面平均雨量，常常是一个雨量计代表几百平方公里的降水。但是降水是一种具有很强时空变化的天气现象，雨量计尽管能测量某点的降水，但由其于空间代表性的局限，在估计面雨量的时候常常会产生比较大的误差。而利用雷达却可以获得大范围内的瞬时降水分布，具有很好的时空分辨率。2、优缺点用雷达测定降水的最大优点是雷达的覆盖面广，并具有高度的时空分辩能力。雷达能提供时段小至5min和空间分辨率小至1km2的雨量估测值。单独一台雷达有效测程约200km，可覆盖面积10000km2。雷达作为定量测量降水的工具，在探测降水分布和结构上比较准确，但是在精度上还是低于雨量计。因此，如何有效地利用雨量计校正雷达估测降水来提高雷达测雨精度是非常必要。附一雷达测雨(Radarmeasurementofrainfall)附一雷达测雨(Radarmeasurementofrainfall)3、气象雷达气象雷达利用天线发射高能电磁波，当电磁波碰到云中降水时，降水会造成电磁波反射及散射，雷达利用天线接收经降水所反射及散射之微弱电磁波能量