1、.1第四章 降 水 .2教学要求：教学要求：1 1 降水的形成与分类（了解）降水的形成与分类（了解）2 2 降水要素（掌握）降水要素（掌握）3 3 降水的分级（了解）降水的分级（了解）4 4 降水的时空分布特征表示方法（掌握）降水的时空分布特征表示方法（掌握）5 5 降水观测与计算（了解）降水观测与计算（了解）6 6 流域平均降水量的计算（掌握，重点）流域平均降水量的计算（掌握，重点）7 7 影响降水量的因素（了解）影响降水量的因素（了解） 8 8 我国降水量的时空分布特点（了解）我国降水量的时空分布特点（了解） .3第一节第一节 降水的类型及时空分布降水的类型及时空分布 一一 降水的形式降水
2、的形式 1 1 定义：降水是指液态或固态的水汽凝结定义：降水是指液态或固态的水汽凝结物从云中降落到地面的现象。物从云中降落到地面的现象。 2 2 形式：雨、雪、雹、露、霜、霰等形式：雨、雪、雹、露、霜、霰等.4 3 3 意义：意义： 降水是水循环最活跃的因子；人类用水降水是水循环最活跃的因子；人类用水的基本来源（可再生水资源）；降水资料是的基本来源（可再生水资源）；降水资料是分析河流洪枯水情、流域旱情的基础；是水分析河流洪枯水情、流域旱情的基础；是水资源开发利用和管理规划的依据。资源开发利用和管理规划的依据。.54 4 降水的形成降水的形成 蒸发蒸腾蒸发蒸腾水汽上升水汽上升气压降低、气压降低、
3、体积膨胀、气温下降体积膨胀、气温下降凝结成云滴凝结成云滴碰碰撞增大撞增大降水。降水。.65 5 降水形成的三个条件降水形成的三个条件形成降水，必须具备三个条件：形成降水，必须具备三个条件：1 1）大量的暖湿空气源源不断地输入雨区；）大量的暖湿空气源源不断地输入雨区；2 2）地面空气强烈上升的机制）地面空气强烈上升的机制; ; 3 3）冷却凝结；）冷却凝结；即地面暖湿空气即地面暖湿空气 - - 抬升冷却抬升冷却 - - 凝结为凝结为大量的云滴大量的云滴 - - 降落成雨。降落成雨。 .7二二 降雨的基本要素及时空分布特征降雨的基本要素及时空分布特征1 1 降雨要素降雨要素1 1）降雨量：指一定时
4、间段内降落在某一面积上的总）降雨量：指一定时间段内降落在某一面积上的总水量；水量；2 2）降雨历时：指一场降水自始至终所经历的时间；）降雨历时：指一场降水自始至终所经历的时间；3 3）降雨时间：指对应于某一降水而言的；）降雨时间：指对应于某一降水而言的；4 4）降雨强度：指单位时间内的降水量；）降雨强度：指单位时间内的降水量；5 5）降雨面积：）降雨面积：2.降雨的分级.93.3.降雨的时空分布特征表示方法降雨的时空分布特征表示方法1 1） 降水过程线：降水过程线：表示降水随时间变表示降水随时间变化过程的曲线；化过程的曲线； .102 2） 降水量累积曲线降水量累积曲线X X轴轴时间（时间（h
5、, d, mh, d, m）Y Y轴轴自降水开始到各时刻自降水开始到各时刻降水量累积值；降水量累积值；降水强度等于降水量累积降水强度等于降水量累积曲线的导数；曲线的导数；.11平均降水强度平均降水强度瞬时降水强度瞬时降水强度tpidtdpi .12某站一次降雨实测的各时段雨量某站一次降雨实测的各时段雨量计算和绘制该次降雨的时段平均降雨强度和累计雨量计算和绘制该次降雨的时段平均降雨强度和累计雨量过程线。过程线。时间时间t(h)t(h)0-80-88-128-1212-1412-1414-1614-1616-2016-2020-2420-24雨量雨量P Pi i（）（）8 836.236.248.
6、648.6545430306.86.8.13根据水文年鉴资料，计算得某站的根据水文年鉴资料，计算得某站的7 7月月1616日的一次降雨累计日的一次降雨累计过程如表所示，需要推求时段均为过程如表所示，需要推求时段均为3h3h的时段降雨量。的时段降雨量。时间时间t(h)t(h)0 06 612121414161620202424累积累积雨量雨量P Pi i（）（）0 0121266.366.3139.2139.2220.2220.2265.2265.2274.8274.8.14例题：某地区降雨量的计算时段为例题：某地区降雨量的计算时段为3小时，经计算，相小时，经计算，相邻邻3个时段面降雨量分别为个
7、时段面降雨量分别为15mm、30mm、9mm，试绘制降雨过程线图和累计降雨量图。试绘制降雨过程线图和累计降雨量图。时时 段段0 01 12 23 3雨量（雨量（mmmm）0 0 15 15 30 30 9 9 降雨强度（降雨强度（mm/hmm/h）0 0 累计降雨量（累计降雨量（mmmm）0 0 .153 3） 等降水量线等降水量线( (等雨量线等雨量线) ) 在一个区域某段时间内在一个区域某段时间内, ,降水量相等点的连降水量相等点的连线所构成的等值线。线所构成的等值线。 降水量等值线表示了给定时段内降水量随空降水量等值线表示了给定时段内降水量随空间的变化规律；间的变化规律； .16.174
8、 4） 降水特征综合曲线（如下图所示）降水特征综合曲线（如下图所示）历时曲线面积深度面积曲线平均深度历时曲线强度-.19第二节 降水的类型及影响因素一 降雨的类型.20.21.22.23二二 影响降水量的因素影响降水量的因素 1 1 地理位置的影响地理位置的影响1 1）纬度：纬度低气温高，空气湿度大，降水量大，地）纬度：纬度低气温高，空气湿度大，降水量大，地球上球上2/32/3的降水分布在南北纬的降水分布在南北纬3030度之间，以赤道附近为度之间，以赤道附近为最多，向两极逐渐递减。最多，向两极逐渐递减。2 2）海陆分布：沿海地区大气中水汽含量多，水循环交替强烈，）海陆分布：沿海地区大气中水汽含
9、量多，水循环交替强烈，雨量丰富，向内陆逐渐减少。如在同一纬度上：雨量丰富，向内陆逐渐减少。如在同一纬度上： 青岛青岛 -济南济南-西安西安 -兰州兰州 646 - 621 - 566 - 325 mm646 - 621 - 566 - 325 mm.24 2 2 大气环流的影响大气环流的影响 大气环流决定着大气的流场和风速场，大气环流决定着大气的流场和风速场，从而直接影响全球水汽的分布变化，以及从而直接影响全球水汽的分布变化，以及水汽输送的途径和强度。水汽输送的途径和强度。.253 3 地形的影响地形的影响 主要是通过气流的屏障与抬升作用主要是通过气流的屏障与抬升作用对降水的强度和时空分布产生
10、影响。一对降水的强度和时空分布产生影响。一般情况下迎风坡降水量大，背风坡降水般情况下迎风坡降水量大，背风坡降水量小。量小。 .26 地形对降水的影响程度决定于地面坡降、地形对降水的影响程度决定于地面坡降、气流特征以及地表高程的变化等因素。气流特征以及地表高程的变化等因素。 不同地区的水汽含量不同，降水量随高不同地区的水汽含量不同，降水量随高程的递增率差异很大。程的递增率差异很大。.274 4 森林的影响森林的影响森林对降水量的影响，有着不同的认识：森林对降水量的影响，有着不同的认识：1 1）可增大降水量：法国学者对美国东部）可增大降水量：法国学者对美国东部大流域研究认为，森林覆盖率增大流域研究
11、认为，森林覆盖率增10%10%，降，降水量可增加水量可增加3%3%左右。左右。.282 2）影响不大：森林不会影响大尺度气候，）影响不大：森林不会影响大尺度气候，只能对微尺度的气候产生一定的影响，最多只能对微尺度的气候产生一定的影响，最多增加降水量增加降水量1-3%1-3%。.293 3）减少降水量）减少降水量 森林能抑制地面温度升高，削弱对流，森林能抑制地面温度升高，削弱对流，减少降水量；植物叶面对降水量截留可占总减少降水量；植物叶面对降水量截留可占总降水量的降水量的10-20%10-20%，全部用于蒸发，间接减少，全部用于蒸发，间接减少了降水量；森林对降水的影响研究受到典型了降水量；森林对
12、降水的影响研究受到典型性、测试条件、测试精度等影响，有待于进性、测试条件、测试精度等影响，有待于进一步研究。一步研究。.30 5 5 水体的影响水体的影响 大面积水体表面光滑，阻力小，易产大面积水体表面光滑，阻力小，易产生对流，减少降水量；水面易产生逆温现生对流，减少降水量；水面易产生逆温现象，上升气团稳定，不易形成降水。象，上升气团稳定，不易形成降水。.316 6 人类活动影响人类活动影响 一般都是通过改变下垫面条件而间接影一般都是通过改变下垫面条件而间接影响降水，其影响或减少降水，或增大降水。响降水，其影响或减少降水，或增大降水。 植树造林、大规模砍伐森林、修建水库、植树造林、大规模砍伐森
13、林、修建水库、灌溉农田、围湖造田、疏干沼泽灌溉农田、围湖造田、疏干沼泽 “ “雨岛效应雨岛效应”即城市的增雨作用。其即城市的增雨作用。其影响的程度、增雨量的大小，与城市的规模、影响的程度、增雨量的大小，与城市的规模、工厂的多少、当地气候湿润的程度等有关。工厂的多少、当地气候湿润的程度等有关。.32第三节第三节 降雨资料的分析与插补降雨资料的分析与插补1.1.降雨资料的合理性分析降雨资料的合理性分析1)1)利用本地区绘制的等雨量线图来审查个别站的降雨量资料是利用本地区绘制的等雨量线图来审查个别站的降雨量资料是否合理。否合理。2 2）从降雨类型、性质、地形等方面分析雨量资料是否合理。）从降雨类型、
14、性质、地形等方面分析雨量资料是否合理。3 3）利用相邻站同时期的雨量、降雨强度及降雨历时作对比检）利用相邻站同时期的雨量、降雨强度及降雨历时作对比检查。查。4 4）利用双累积曲线分析技术，对测站记录的不一致性进行判）利用双累积曲线分析技术，对测站记录的不一致性进行判别和校正。别和校正。.332.2.降雨资料的插补降雨资料的插补1 1）算术平均法）算术平均法2 2）比例法）比例法3 3）等雨量线法）等雨量线法4 4）图解相关法）图解相关法.34第四节第四节 降雨量的观测与计算降雨量的观测与计算1 1 意义意义1 1）了解和计算一个流域或地区总水资源量的基）了解和计算一个流域或地区总水资源量的基础
15、；础；2 2）是进行水文分析计算，水资源评价的依据。）是进行水文分析计算，水资源评价的依据。.35一一 降雨的观测降雨的观测 为了掌握各地降水的变化，水文气象为了掌握各地降水的变化，水文气象部门设立了大量的雨量站、气象站、水文部门设立了大量的雨量站、气象站、水文站观测降水，每年汇总、整编、刊印或存站观测降水，每年汇总、整编、刊印或存入水文数据库，供各部门应用。降水观测入水文数据库，供各部门应用。降水观测有多种方法，简述于下：有多种方法，简述于下：.36（一）（一） 器测法器测法（1 1）雨量器：如图，是最简单的测雨器，分）雨量器：如图，是最简单的测雨器，分时段人工观测。时段人工观测。.37（2
16、 2）称重式自记雨量计：连续测量记录降雨）称重式自记雨量计：连续测量记录降雨量、降雨历时和降雨强度。量、降雨历时和降雨强度。 .38（3 3）虹吸式自记雨量计）虹吸式自记雨量计 承雨器将雨量导入浮承雨器将雨量导入浮子室，浮子随注入的雨水子室，浮子随注入的雨水增加而上升，带动自记笔增加而上升，带动自记笔在附有时钟的转筒上的记在附有时钟的转筒上的记录纸上连续记录随时间累录纸上连续记录随时间累积增加的雨量。当累积雨积增加的雨量。当累积雨量达量达10mm10mm时，自行进行虹时，自行进行虹吸，使自记笔立即垂直下吸，使自记笔立即垂直下落到记录纸上纵坐标的零落到记录纸上纵坐标的零点，以后又开始记录。点，以
17、后又开始记录。.39（4 4）翻斗式自记雨量计）翻斗式自记雨量计 承雨器接受的雨水流入对称承雨器接受的雨水流入对称的翻斗的一侧，当接满的翻斗的一侧，当接满0.1mm0.1mm雨雨量时，翻斗倾于一侧把雨水全部量时，翻斗倾于一侧把雨水全部泼掉，另一翻斗则处于进水状态。泼掉，另一翻斗则处于进水状态。每次翻转将发出一个脉冲信号，每次翻转将发出一个脉冲信号，由记录设备记下这些信号并换算由记录设备记下这些信号并换算为雨量。为雨量。 （5 5）容栅式雨量计）容栅式雨量计.40 （二）雷达探测：（二）雷达探测： 气象雷达利用云、雨、雪等对无线电波气象雷达利用云、雨、雪等对无线电波的反射现象，随时探测降水的位置
18、、移动速的反射现象，随时探测降水的位置、移动速度、方向和变化情况，进行降水预报。度、方向和变化情况，进行降水预报。.41（三）（三） 气象卫星云图：气象卫星云图： 气象卫星按其运行轨道分为极轨卫星和地球静止卫气象卫星按其运行轨道分为极轨卫星和地球静止卫星两类。星两类。 目前利用静止卫星随时发回的云图资料，包括可见目前利用静止卫星随时发回的云图资料，包括可见光云图和红外云图，对降雨等进行预测。光云图和红外云图，对降雨等进行预测。特点：可引入人特点：可引入人机交互系统，自动进行数据采集、云机交互系统，自动进行数据采集、云图识别、降雨量计算、雨区移动预测等项工作。图识别、降雨量计算、雨区移动预测等项
19、工作。 .42二、流域平均降雨量计算二、流域平均降雨量计算距离平方倒数法等雨量线法泰森多边形法算术平均法.431) 1) 算术平均法算术平均法算术平均法：算术平均法：流域内流域内各站同一时段的雨量进各站同一时段的雨量进行算术平均。行算术平均。PP某一指定时段的流域平均雨量，某一指定时段的流域平均雨量，mm;mm;nn流域内的雨量站数；流域内的雨量站数；PiPi流域内第流域内第i i站指定时段的雨量，站指定时段的雨量，mm,mm,iPnP1.44例题：例题：A:260mmB:140mmC:240mm.45算术平均法的特点：算术平均法的特点： 适用于面积不大，地形起伏不大，站点适用于面积不大，地形
20、起伏不大，站点较多且布设较均匀的流域，计算简便。不能利较多且布设较均匀的流域，计算简便。不能利用流域附近的雨量资料。用流域附近的雨量资料。.462 )2 )泰森多边形法泰森多边形法: : 该法假定流域上各点的该法假定流域上各点的雨量以其最近的雨量站的雨雨量以其最近的雨量站的雨量为代表，需要采用一定的量为代表，需要采用一定的方法推求各站代表的在流域方法推求各站代表的在流域中距其最近的点的面积，这中距其最近的点的面积，这些站代表的面积图称泰森多些站代表的面积图称泰森多边形。边形。 iniiPffP11f fi i/f - /f - 第第i i站代表面积占流域面积的比值，称权重。站代表面积占流域面积
21、的比值，称权重。.48流域面积：流域面积：350km350km2 2A A、B B站的雨量依次为：站的雨量依次为：360mmm360mmm，210mm210mm，试绘出泰森多边形图，并用算试绘出泰森多边形图，并用算术平均法和泰森多边形法计算术平均法和泰森多边形法计算该次降雨的平均面雨量，比较该次降雨的平均面雨量，比较二者的差异。二者的差异。A A、B B权重分别为权重分别为0.780.78，0.220.22A:360mmB:210mm例题：例题：.49例题：某流域面积例题：某流域面积F=20km2，其上有，其上有10个雨量个雨量站，各站代表面积已按泰森多边形法求的，并于站，各站代表面积已按泰森
22、多边形法求的，并于1998年年6月月29日的一次实测降雨一起列于下表，日的一次实测降雨一起列于下表，试计算流域本次降雨的平均总雨量。试计算流域本次降雨的平均总雨量。雨雨量量站站代表代表面积面积Fi（km2）权重权重gi=(fi/F)各站各时段的雨量、权雨量（各站各时段的雨量、权雨量（mm）13-14h14-15h15-16h16-17hP1igiP1iP2igiP2iP3igiP3iP4igiP4i11.20.063.481.19.71.422.790.14560110.732.580.137.530.521.30.941.60.08021.59.71.850.940.0511.546.515
23、1.761.790.0914.165.9171.672.740.138.545.79.8082.340.12036.87.80.992.840.140.127.112.70.8101.230.0614.540.99.40.7流域流域201.00雨量雨量站站代表代表面积面积fi权重权重gi=(fi/F)各站各时段的雨量、权雨量（各站各时段的雨量、权雨量（mm）13-14h14-15h15-16h16-17h P1igiP1iP2igiP2iP3igiP3iP4igiP4i11.20.063.40.2081.14.8669.70.5821.40.08422.790.1450.70608.4111.
24、540.70.09832.580.137.50.9830.53.96521.32.7690.90.11741.60.0800.0021.51.729.70.7761.80.14450.940.0511.50.5846.52.325150.751.70.08561.790.0914.11.2765.95.931171.531.60.14472.740.138.51.1145.75.9419.81.2740082.340.1200.0036.84.4167.80.9360.90.10892.840.140.10.0127.13.79412.71.7780.80.112101.230.0614.50
25、.8740.92.4549.40.5640.70.042流域流域201.005.7343.8212.510.93流域的平均总雨量：流域的平均总雨量：5.73+43.82+12.5+0.93=63.0mm.52泰森多边形法的特点：泰森多边形法的特点： 适用于降雨分布不均，站点较少，面积不大适用于降雨分布不均，站点较少，面积不大的流域。在确定各站的权重后也很简便，且精度的流域。在确定各站的权重后也很简便，且精度较好。缺点是在各场降雨中把雨量站权重视为固较好。缺点是在各场降雨中把雨量站权重视为固定，与实际情况不完全一致。定，与实际情况不完全一致。 .533 3 等雨量线法等雨量线法: : 根据流域及
26、附近的雨量站观测的同一时段的雨根据流域及附近的雨量站观测的同一时段的雨量值，参考地形影响，类似绘制地形等高线那样，量值，参考地形影响，类似绘制地形等高线那样，画出如图的雨量等值线图，然后量出相邻等值线间画出如图的雨量等值线图，然后量出相邻等值线间的流域面积的流域面积 ，即可按下式计算流域平均雨量，即可按下式计算流域平均雨量 - - 上的平均雨量，等于相邻的上的平均雨量，等于相邻的2 2条等值线数值条等值线数值的平均数。的平均数。ifPiiPfFP1iPiP.54120mm140mm160mm180mm100mmF1F2F3F4F1=500km2F2 =1500km2 F3=3000km2 F4
27、=4000km2例题：例题：.56等雨量线法的特点：等雨量线法的特点： 适用于面积大、站点密的流域。理论上较完善，适用于面积大、站点密的流域。理论上较完善，但每次降雨都必须绘制等雨量线，并计算权重，工但每次降雨都必须绘制等雨量线，并计算权重，工作量大；对短历时降水量，由于空间分布不均，插作量大；对短历时降水量，由于空间分布不均，插补站降水量与附近站降水量之间的相关关系较差，补站降水量与附近站降水量之间的相关关系较差，从等雨量线图上内插效果较好。从等雨量线图上内插效果较好。.574 4（客观运行法）客观运行法）距离平方倒数法距离平方倒数法 1 1）将计算区域网格化；）将计算区域网格化；1 2x
28、Pj y 3 4 2 2）根据各网格临近若干个降雨站的数量，利用一定）根据各网格临近若干个降雨站的数量，利用一定的插值方法，计算出各网格降水量的近似值的插值方法，计算出各网格降水量的近似值3 3）取各网格降水量的算术平均值，即为计算区的平）取各网格降水量的算术平均值，即为计算区的平均降水量。均降水量。jjniiiniiniiijijijWPWWPPdW11121NijPNP11.59距离平方倒数法距离平方倒数法的特点的特点 改进了站与站之间的雨量呈线性变化的假设，改进了站与站之间的雨量呈线性变化的假设，整个计算过程比较复杂，但便于用计算机处理。整个计算过程比较复杂，但便于用计算机处理。该法可根
29、据实际雨量站网的降雨量插补出每个网该法可根据实际雨量站网的降雨量插补出每个网格格点上的雨量，这就为分布式流域水文模型要格格点上的雨量，这就为分布式流域水文模型要求分布式降雨输入提供了可能性。求分布式降雨输入提供了可能性。.60基于数字化技术的流域降雨量计算方法：主要是以计基于数字化技术的流域降雨量计算方法：主要是以计算流域的年降雨量为目的，以数字化技术算流域的年降雨量为目的，以数字化技术数字高数字高程模型为应用蓝本，并以此为基础，衍生出一个新的程模型为应用蓝本，并以此为基础，衍生出一个新的数字化模型数字化模型数字降雨模型。将这两种模型技术与数字降雨模型。将这两种模型技术与水文学的原理和计算方法
30、结合起来，更加科学的应用水文学的原理和计算方法结合起来，更加科学的应用到水文计算中去，得出更简便更接近真实值的新型的到水文计算中去，得出更简便更接近真实值的新型的计算降雨量的方法。计算降雨量的方法。 （MapInfo ）.61思考以下问题：（我国时空降雨分布特征）1.1.我国降雨量的划分带有几种？我国降雨量的划分带有几种？2.2.水文年？（枯水期水文年？（枯水期- -丰水期）丰水期）3.3.极值比？极值比？4.4.解释变差系数。水文学中的变差系数有何意解释变差系数。水文学中的变差系数有何意义？我国年降雨量的变差系数是否有地带性分义？我国年降雨量的变差系数是否有地带性分布的特征？布的特征？.62复习思考题：复习思考题：1.降雨历时与降雨时间的区别；2.降雨特征的表示方法有哪些？ 3.面降水量的计算方法有哪些？4.影响降水的因素有哪些？5.为什么我国的年降水量从东南沿海向西北内陆递减？6.同一地区的多年平均降雨量山区的往往大于平原的，而多年平均蒸发量则往往相反，请说明原因。
