雨滴谱数据深度解析——从原始变量到科学产品的Python实现【下篇】

张开发
• 2026/4/10 22:39:57 • 15 分钟阅读

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雨滴谱数据深度解析——从原始变量到科学产品的Python实现【下篇】
二、计算原理物理概念解释2.1 激光雨滴谱仪的工作原理激光雨滴谱仪采用消光法测量雨滴。仪器发射一道水平方向的近红外激光束波长780 nm当雨滴垂直穿过光束时会遮挡部分光线。通过分析接收器上光强信号的衰减幅度和衰减持续时间可以分别反演出雨滴的直径和下落速度。仪器以每分钟为周期对穿过采样区的所有雨滴进行分类统计输出32个直径通道和32个速度通道的粒子计数。2.2 粒径通道的划分为覆盖0.062 mm至24.5 mm的雨滴直径范围仪器采用对数等间隔方式划分32个通道。每个通道的中值直径按几何级数递增计算公式为第 i 通道的中值直径毫米等于 0.125 乘以 2 的 ((i-1)/2) 次方。这样可以更好地分辨小粒径雨滴的细微差异。2.3 降雨强度的物理意义降雨强度 R 定义为单位时间内通过单位水平面积的雨水体积单位是毫米每小时。其计算思路为先求出每个粒径通道中所有雨滴的个体体积球体体积公式六分之π乘以直径的立方乘以下落速度再乘以该通道的粒子数浓度得到该通道对降雨强度的贡献。然后将32个通道的贡献求和最后乘以3600将每秒的流量换算为每小时的毫米深度。即降雨强度毫米每小时等于 π/6 乘以所有通道粒子数浓度 × 直径³ × 下落速度的总和再乘以3600。2.4 雷达反射率因子的物理意义雷达反射率因子 Z 是气象雷达方程中的核心参数表征云雨粒子群对电磁波的后向散射能力。它与粒子直径的六次方成正比因此对大滴极为敏感。其计算公式为Z 等于所有通道的粒子数浓度 × 直径的六次方的总和。实际应用中常用对数形式dBZ 等于 10 乘以 Z 的常用对数。2.5 雨滴理论末速度Atlas Ulbrich 公式在静止大气中雨滴的下落末速度主要取决于其直径受重力与空气阻力平衡控制。经验公式为理论末速度米每秒等于 9.65 减去 10.3 乘以 e 的 (-0.6 倍直径) 次方其中直径以毫米为单位。该公式可用于验证实测数据的合理性。2.6 累计降雨量的计算累计降雨量是对时间序列降雨强度进行积分累加得到。由于原始数据为分钟采样每分钟的降雨量贡献为该分钟降雨强度除以60单位毫米。逐分钟累加即可得到从观测开始到任一时刻的总降雨量。详细文章观看点击文章链接雨滴谱数据深度解析——从原始变量到科学产品的Python实现【下篇】

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