水文學(xué)課件ppt版 第四章

第四章降水(Precipitation)本章主要內(nèi)容降水要素及其時(shí)空變化表示方法(Precipitationelements&Temporalandspatialvariation)降雨類型及其影響因素(TypesofrainfallandAffectingfactors)區(qū)域（流域）平均降雨量計(jì)算方法(CalculationmethodofAveragerainfalloveranarea)降雨資料的檢驗(yàn)(Testofrainfalldata)第一節(jié)降水要素及其時(shí)空變化表示方法降水的定義1降雨的基本要素

2降雨時(shí)間變化的表示方法3降雨空間變化的表示方法4降雨要素的綜合曲線5第一節(jié)降水要素及其時(shí)空變化表示方法1、降水的定義大氣中的液態(tài)水滴或固態(tài)冰雪顆粒，在重力作用下，克服空氣阻力，從空中降落到地面的現(xiàn)象稱為降水。雨露霜雪雹第一節(jié)降水要素及其時(shí)空變化表示方法2、降雨的基本要素DefinitionUnit指一定時(shí)段內(nèi)降落在某一點(diǎn)或某一面積上的總雨量mm降雨從某時(shí)刻到另一時(shí)刻所經(jīng)歷的時(shí)間稱為降雨歷時(shí)min,h,d單位時(shí)間內(nèi)的降雨量稱為降雨強(qiáng)度mm/minmm/h降雨籠罩范圍的水平投影面積km2暴雨集中的較小的局部地區(qū)RainfallElements降雨量(深)Rainfall(depth)降雨歷時(shí)(Rainfallduration)降雨強(qiáng)度(Rainfallintensity)降雨面積(Rainfallarea)暴雨中心(Stormcenter)第一節(jié)降水要素及其時(shí)空變化表示方法(1)降雨量累積過程線：從降雨開始至某時(shí)刻的降雨量與該時(shí)刻時(shí)間之間關(guān)系曲線稱為降雨量累積過程線時(shí)間時(shí)段降雨累積降雨13:420014:0011.511.514:3033.545.015:3431.976.917:001.678.518:102.280.719:00080.73、降雨時(shí)間變化的表示第一節(jié)降水要素及其時(shí)空變化表示方法3、降雨時(shí)間變化的表示(2)時(shí)段降雨量柱狀圖：時(shí)段降雨量與相應(yīng)時(shí)段之間的關(guān)系圖稱為時(shí)段降雨量柱狀圖時(shí)間1h時(shí)段雨量(mm)13:40014:4050.015:4027.016:401.117:401.718:400.919:400第一節(jié)降水要素及其時(shí)空變化表示方法(3)降雨強(qiáng)度過程線：降雨強(qiáng)度與相應(yīng)時(shí)間之間的關(guān)系線--降雨強(qiáng)度過程線。

3、降雨時(shí)間變化的表示時(shí)間累積降雨(mm)13:42014:0011.514:3045.015:3476.917:0078.518:1080.719:0080.7時(shí)間累積雨量(mm)1h時(shí)段雨量(mm)1h平均雨強(qiáng)(mm/h)13:4000014:4050.050.050.015:4077.027.027.016:4017:4018:4019:4080.700第一節(jié)降水要素及其時(shí)空變化表示方法(3)降雨強(qiáng)度過程線：降雨強(qiáng)度與相應(yīng)時(shí)間之間的關(guān)系曲線稱為降雨強(qiáng)度過程線。

3、降雨時(shí)間變化的表示第一節(jié)降水要素及其時(shí)空變化表示方法(4)降雨累積過程線與降雨強(qiáng)度過程線之間的關(guān)系3、降雨時(shí)間變化的表示第一節(jié)降水要素及其時(shí)空變化表示方法4、降雨空間變化的表示幾個(gè)概念：雨量站網(wǎng)：一個(gè)區(qū)域內(nèi)一般設(shè)立有若干個(gè)雨量站，其總和稱為雨量站網(wǎng)。雨量站網(wǎng)密度：區(qū)域面積/雨量站個(gè)數(shù)等雨量線繪制：將每個(gè)雨量站觀測(cè)所得的同一時(shí)段的時(shí)段降雨量或一次降雨的降雨量點(diǎn)繪在各自測(cè)站的位置上，然后按降雨量相同的原則連成光滑曲線。第一節(jié)降水要素及其時(shí)空變化表示方法WWW.HHU.EDU.CN第一節(jié)降水要素及其時(shí)空變化表示方法a等雨量線的做法類似于地形圖等高線的做法。b等雨量線所表示的降水分布與實(shí)際降水分布的符合程度取決于：（1）雨量站網(wǎng)密度（2）雨量站代表性4、降雨空間變化的表示第一節(jié)降水要素及其時(shí)空變化表示方法統(tǒng)計(jì)降雨強(qiáng)度過程線中各種不同歷時(shí)的最大平均雨強(qiáng)，最大平均雨強(qiáng)與歷時(shí)的關(guān)系即為降雨強(qiáng)度與歷時(shí)曲線。(1)降雨強(qiáng)度與歷時(shí)曲線Rainfallintensity-durationcurve5、降雨要素綜合曲線第一節(jié)降水要素及其時(shí)空變化表示方法時(shí)間累積降雨時(shí)段降雨13:000014:0011.511.515:0060.048.516:0077.017.017:0078.51.518:0080.72.2歷時(shí)累積降雨雨強(qiáng)148.548.5265.532.8377.025.7478.519.6580.716.1680.713.4例一(1)降雨強(qiáng)度與歷時(shí)曲線Rainfallintensity-durationcurve5、降雨要素綜合曲線第一節(jié)降水要素及其時(shí)空變化表示方法在一定歷時(shí)降雨量的等雨量線圖上，從暴雨中心開始，分別計(jì)算每一條等雨量線所包圍的面積及該面積的平均降雨深。點(diǎn)繪這兩者之間的關(guān)系，所得曲線稱為降雨深與面積關(guān)系曲線。

(2)降雨深與面積關(guān)系曲線Rainfalldepth-areacurve5、降雨要素綜合曲線第一節(jié)降水要素及其時(shí)空變化表示方法分別對(duì)不同歷時(shí)的等雨量線圖點(diǎn)繪降雨深與面積關(guān)系曲線，得到一組以歷時(shí)為參變數(shù)的降雨深與面積關(guān)系線。

（3）降雨深與面積和歷時(shí)關(guān)系曲線Rainfalldepth-area-durationcurve5、降雨要素綜合曲線第二節(jié)降雨的分類及影響降雨的因素降水成因降雨分類影響降雨的因素第二節(jié)降雨的分類及影響降雨的因素1、降水成因水汽、上升運(yùn)動(dòng)和冷卻凝結(jié)（凝結(jié)核）是形成降水的三個(gè)因素。降雨聚集凝結(jié)核冷卻動(dòng)力抬升大氣中水汽第二節(jié)降雨的分類及影響降雨的因素2、降雨分類按降雨要素量級(jí)

第二節(jié)降雨的分類及影響降雨的因素2、降雨分類按降雨要素量級(jí)

第二節(jié)降雨的分類及影響降雨的因素按動(dòng)力冷卻條件

2、降雨分類氣旋雨(Cyclonicrain)對(duì)流雨(Convectional/Convectiverain)臺(tái)風(fēng)雨(Typhoons/Hurricanes)地形雨(Orographicrain)第二節(jié)降雨的分類及影響降雨的因素氣旋雨Cyclonicrain氣旋雨：氣旋或低氣壓過境帶來(lái)的降雨稱為氣旋雨。氣旋雨鋒面雨暖鋒雨冷鋒雨非鋒面雨非鋒面雨(Non-frontalrain)—?dú)饬飨虻蛪簠^(qū)輻合引起氣流上升冷卻產(chǎn)生降雨。鋒面雨(Frontalrain)—冷氣團(tuán)楔入暖氣團(tuán)底部迫使暖氣團(tuán)抬升形成降雨。冷氣團(tuán)暖氣團(tuán)暖氣團(tuán)冷氣團(tuán)暖氣團(tuán)冷氣團(tuán)暖氣團(tuán)冷氣團(tuán)暖氣團(tuán)冷氣團(tuán)暖氣團(tuán)冷氣團(tuán)暖氣團(tuán)冷氣團(tuán)暖氣團(tuán)冷氣團(tuán)暖鋒雨特點(diǎn)：落區(qū)大雨強(qiáng)小歷時(shí)長(zhǎng)冷鋒雨冷氣團(tuán)暖氣團(tuán)冷氣團(tuán)暖氣團(tuán)冷氣團(tuán)暖氣團(tuán)冷氣團(tuán)暖氣團(tuán)冷氣團(tuán)暖氣團(tuán)冷氣團(tuán)暖氣團(tuán)冷氣團(tuán)暖氣團(tuán)冷氣團(tuán)暖氣團(tuán)特點(diǎn)：落區(qū)小雨強(qiáng)大歷時(shí)短第二節(jié)降雨的分類及影響降雨的因素對(duì)流雨Convectionalrain對(duì)流雨：地面受熱升溫，下層空氣膨脹上升，上層溫度較低空氣則下沉補(bǔ)充，形成空氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)。下層暖濕空氣上升到高空遇冷凝結(jié)形成降雨。第二節(jié)降雨的分類及影響降雨的因素對(duì)流雨Convectionalrain對(duì)流雨：地面受熱升溫，下層空氣膨脹上升，上層溫度較低空氣則下沉補(bǔ)充，形成空氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)。下層暖濕空氣上升到高空遇冷凝結(jié)形成降雨。特點(diǎn)：多發(fā)生在夏季午后，強(qiáng)度大、面積小、歷時(shí)短。成都市南京市北京市第二節(jié)降雨的分類及影響降雨的因素地形雨Orographicrain地形雨：由于地形的抬升作用導(dǎo)致的降雨稱為地形雨。第二節(jié)降雨的分類及影響降雨的因素臺(tái)風(fēng)雨Typhoons臺(tái)風(fēng)雨：熱帶海洋上的風(fēng)暴登陸大陸所引起的降雨稱為臺(tái)風(fēng)雨。特點(diǎn)：降雨不均，暴雨強(qiáng)度極大，歷時(shí)較短。2000年8月22日在臺(tái)灣登陸的臺(tái)風(fēng)－碧利斯2005年8月8日臺(tái)風(fēng)“麥莎”

臺(tái)風(fēng)“艾利”影響浙江臺(tái)風(fēng)登陸法國(guó)臺(tái)風(fēng)小常識(shí)臺(tái)風(fēng)的定義氣象學(xué)上，臺(tái)風(fēng)專指北太平洋西部(國(guó)際日期線以西，包括南中國(guó)海)上發(fā)生，中心持續(xù)風(fēng)速達(dá)到12級(jí)及以上(即每秒32.6米以上)的熱帶氣旋。至于在大西洋或北太平洋東部發(fā)生，達(dá)到同樣強(qiáng)度的熱帶氣旋，稱為颶風(fēng)。習(xí)慣上，臺(tái)風(fēng)亦被用來(lái)統(tǒng)稱所有在西北太平洋發(fā)生的熱帶氣旋臺(tái)風(fēng)小常識(shí)熱帶氣旋的劃分熱帶氣旋等級(jí)底層中心附近最大平均風(fēng)速(米/秒)底層中心附近最大風(fēng)力（級(jí)）熱帶低壓(TD)10.8～17.16～7熱帶風(fēng)暴(TS）17.2～24.48～9強(qiáng)熱帶風(fēng)暴(STS)24.5～32.610～11臺(tái)風(fēng)(TY)32.7～41.412～13強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(STY)41.5～50.914～15超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)（(SUPERTY)≥51.016或以上熱帶氣旋等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)（GB/19201-2006）熱帶氣旋等級(jí)的劃分以其底層中心附近最大平均風(fēng)速為標(biāo)準(zhǔn)TC:熱帶氣旋（tropicalcyclone）TD:tropicaldepression

TS:tropicalstormSTS:severetropicalstormTY:typhoonSTY:severetyphoonSuperTY:supertyphoon臺(tái)風(fēng)小常識(shí)臺(tái)風(fēng)的命名第二節(jié)降雨的分類及影響降雨的因素臺(tái)風(fēng)雨Typhoons——超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)妮娜導(dǎo)致河南75.8大洪水超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)妮娜運(yùn)行路徑圖第二節(jié)降雨的分類及影響降雨的因素臺(tái)風(fēng)雨Typhoons——河南75.8大洪水群眾連夜疏散汝河群眾大轉(zhuǎn)移遂平縣城被淹沒被沖毀后的板橋水庫(kù)被摧毀的京廣鐵路如今的板橋水庫(kù)第二節(jié)降雨的分類及影響降雨的因素臺(tái)風(fēng)雨Typhoons——河南75.8大洪水“75.8”洪水淹沒范圍圖（圖中淺色部分）切記歷史的慘痛教訓(xùn)！切記歷史的慘痛教訓(xùn)！第二節(jié)降雨的分類及影響降雨的因素3、影響降雨的因素（1）地理位置的影響低緯度地區(qū)降水多于高緯度地區(qū)，沿海地區(qū)降水多于內(nèi)陸地區(qū)。（2）氣旋、臺(tái)風(fēng)路徑的影響常有氣旋、臺(tái)風(fēng)過境的地區(qū)降水較多。（3）地形的影響地形主要通過強(qiáng)迫氣流抬升使降水量增多。（4）其它因素的影響

第三節(jié)區(qū)域（流域）平均降雨量計(jì)算方法算術(shù)平均法

(Arithmeticmeanmethod)1泰森多邊形法

(Thiessenpolygonmethod)2等雨量線法

(Isohyetalmethod)3距離平方倒數(shù)法

(Inversedistance-squaredmethod)4第三節(jié)區(qū)域（流域）平均降雨量計(jì)算方法FundamentalPrinciplesStep2:根據(jù)已有站網(wǎng)測(cè)得雨量來(lái)確定每個(gè)計(jì)算單元的降雨量Step1:區(qū)域離散化-計(jì)算單元Step3:第三節(jié)區(qū)域（流域）平均降雨量計(jì)算方法1、算術(shù)平均法

Arithmeticmeanmethod計(jì)算公式：

適用條件：流域內(nèi)雨量站分布均勻，且測(cè)站位置合理站點(diǎn)較多，地形起伏不大，流域內(nèi)降雨量分布均勻或變化均勻。

第三節(jié)區(qū)域（流域）平均降雨量計(jì)算方法2、泰森(Thiessen)多邊形法(垂直平分法，加權(quán)平均法)泰森多邊形繪制方法：

1)將計(jì)算區(qū)域內(nèi)相鄰的雨量站相連，構(gòu)成若干個(gè)互不嵌套的三角形，且盡量形成銳角三角形；2)對(duì)每個(gè)三角形求出其外心位置(垂直平分線的交點(diǎn))；3)將相鄰兩個(gè)三角形的外心相連；4)延長(zhǎng)靠近邊界處的垂直平分線直到流域邊界(分水線)；5)擦掉中間過程中的輔助線及區(qū)域外的線；6)量取每個(gè)多邊形的面積ai。

泰森多邊形的制作方法圖解說(shuō)明泰森多邊形制成后的效果第三節(jié)區(qū)域（流域）平均降雨量計(jì)算方法2、泰森(Thiessen)多邊形法(垂直平分法，加權(quán)平均法)適用條件：雨量站分布不均計(jì)算公式：

缺點(diǎn)：1）沒有考慮地形影響，假定雨量呈線性變化；2）權(quán)重系數(shù)是固定的，不能反映降雨空間分布復(fù)雜多變的特點(diǎn)。第三節(jié)區(qū)域（流域）平均降雨量計(jì)算方法3、等雨量線法

Isohyetalmethod計(jì)算步驟：1)繪制等雨量線；2)量取每2條相鄰等雨量線間的面積；3)求各相鄰等雨量線間的平均雨深，然后再乘以相應(yīng)的面積權(quán)重，得權(quán)雨量；4)將所有的權(quán)雨量相加，即得流域平均雨量。第三節(jié)區(qū)域（流域）平均降雨量計(jì)算方法3、等雨量線法

Isohyetalmethod計(jì)算公式：適用條件：足夠多的雨量站資料，地形資料缺點(diǎn)：不同場(chǎng)次降雨，其面積權(quán)重是變化的，所以每次降雨都必須繪制等雨量線圖，工作量很大第三節(jié)區(qū)域（流域）平均降雨量計(jì)算方法實(shí)例3、等雨量線法

Isohyetalmethod第三節(jié)區(qū)域（流域）平均降雨量計(jì)算方法4、距離平方倒數(shù)法

Inversedistance-squaredmethod第三節(jié)區(qū)域（流域）平均降雨量計(jì)算方法ComparisonbetweenfivecalculationmethodofaveragerainfalloveranareaMethod適用條件優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)AMM區(qū)域面積不大，地形起伏較小，雨量站分布比較均勻計(jì)算簡(jiǎn)單對(duì)所有雨量站采用同樣的權(quán)重，無(wú)法考慮降雨時(shí)空變化TPM雨量站分布不均計(jì)算簡(jiǎn)單權(quán)重系數(shù)是固定的，不能反映降雨空間分布復(fù)雜多變的特點(diǎn)IsoM足夠多的雨量站資料，地形資料理論完善，考慮降雨空間分布不均不同場(chǎng)次降雨，其面積權(quán)重是變化的，所以每次降雨都必須繪制等雨量線圖，工作量很大IDSM足夠多的雨量站資料，地形資料(改進(jìn)了站與站之間雨量呈線性變化的假設(shè)）便于計(jì)算機(jī)處理，可作為分布式模型輸入計(jì)算過程復(fù)雜第四節(jié)降雨資料的檢驗(yàn)1、降雨資料的一致性鑒別如分析降水資料的前后一致性鄰近多站平均累積年降水量(mm)站累積年降水量(mm)85年第四節(jié)降雨資料的檢驗(yàn)2、非一致降水資料的改正說(shuō)明自1985年起，站逐年測(cè)到的降水量比原來(lái)觀測(cè)條件下觀測(cè)到的降水量減小了KC/KB倍，為保持降水量資料的一致性，可將85年前觀測(cè)的雨量按KC/KB的系數(shù)進(jìn)行改正。站累積年降水量(mm)鄰近多站平均累積年降水量(mm)至95年的累積雨量BC85年AKBKC附一雷達(dá)測(cè)雨(Radarmeasurementofrainfall)1、簡(jiǎn)介雷達(dá)定量測(cè)量降雨對(duì)洪水預(yù)報(bào)具有重要的意義。在水文研究中，降水是一個(gè)非常重要的變量，水文對(duì)降水測(cè)量的要求是對(duì)一個(gè)面上的測(cè)量。而現(xiàn)在水文上常用的方法是利用雨量計(jì)的測(cè)量結(jié)果代表某個(gè)流域上的面平均雨量，常常是一個(gè)雨量計(jì)代表幾百平方公里的降水。但是降水是一種具有很強(qiáng)時(shí)空變化的天氣現(xiàn)象，雨量計(jì)盡管能測(cè)量某點(diǎn)的降水，但由其于空間代表性的局限，在估計(jì)面雨量的時(shí)候常常會(huì)產(chǎn)生比較大的誤差。而利用雷達(dá)卻可以獲得大范圍內(nèi)的瞬時(shí)降水分布，具有很好的時(shí)空分辨率。2、優(yōu)缺點(diǎn)用雷達(dá)測(cè)定降水的最大優(yōu)點(diǎn)是雷達(dá)的覆蓋面廣，并具有高度的時(shí)空分辯能力。雷達(dá)能提供時(shí)段小至5min和空間分辨率小至1km2的雨量估測(cè)值。單獨(dú)一臺(tái)雷達(dá)有效測(cè)程約200km，可覆蓋面積10000km2。雷達(dá)作為定量測(cè)量降水的工具，在探測(cè)降水分布和結(jié)構(gòu)上比較準(zhǔn)確，但是在精度上還是低于雨量計(jì)。因此，如何有效地利用雨量計(jì)校正雷達(dá)估測(cè)降水來(lái)提高雷達(dá)測(cè)雨精度是非常必要。附一雷達(dá)測(cè)雨(Radarmeasurementofrainfall)附一雷達(dá)測(cè)雨(Radarmeasurementofrainfall)3、氣象雷達(dá)氣象雷達(dá)利用天線發(fā)射高能電磁波，當(dāng)電磁波碰到云中降水時(shí)，降水會(huì)造成電磁波反射及散射，雷達(dá)利用天線接收經(jīng)降水所反射及散射之微弱電磁波能量，即是降水回波強(qiáng)度。經(jīng)由檢測(cè)返回之微弱電磁波能量及發(fā)射之高能電磁波間頻率變化，計(jì)算降水在雷達(dá)發(fā)射波束方向上之移動(dòng)速率，即是降水徑向速度。附一雷達(dá)測(cè)雨(Radarmeasurementofrainfall)4、天氣雷達(dá)二次世界大戰(zhàn)以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，隨著國(guó)防和經(jīng)濟(jì)建設(shè)需求的不斷增長(zhǎng)，天氣雷達(dá)經(jīng)歷了從提供強(qiáng)度的模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)到提供多普勒回波信息的發(fā)展歷程。國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐表明，天氣雷達(dá)以其高時(shí)空分辨率、及時(shí)準(zhǔn)確的遙感探測(cè)能力成為災(zāi)害性天氣，特別是中小尺度災(zāi)害性天氣監(jiān)測(cè)和天氣預(yù)報(bào)等方面極為有效的工具;天氣雷達(dá)不可替代的作用得到了氣象界和公眾的廣泛認(rèn)同。0.5°1.5°2.5°附一雷達(dá)測(cè)雨(Radarmeasurementofrainfall)WSR-88DorNEXRAD附一雷達(dá)測(cè)雨(Radarmeasurementofrainfall)空間分辨率約為4kmWSR-88DorNEXRAD附一雷達(dá)測(cè)雨(Radarmeasurementofrainfall)WSR-88DorNEXRAD附一雷達(dá)測(cè)雨(Radarmeasurementofrainfa