文摘

为了提高降水微物理特征的测量传感器(pmc),抽样过程的雨滴pmc基于particle-by-particle蒙特卡罗模型模拟,讨论不同大小的本在DSD测量的影响,并提出了最优抽样本大小pmc基于仿真结果。五本大小的抽样方案的仿真结果在四rain-rate类别显示原始捕获DSD有很大的起伏变化的影响捕获概率,而适当的取样本的大小和宽度可以减少雨滴数量变化的影响在DSD形状。私营军事公司的现场测量,一个奥特PARSIVEL雨滴测量器,和一个翻斗式雨量计显示rain-rate和降水积累pmc之间有良好的一致性,奥特,和评估;DSD了pmc和奥特具有良好的协议;的概率 , ,和Λ表明,有一个很好的协议的γ参数pmc和奥特;的安装 和Z-R关系衡量pmc是衡量奥特接近,从而验证性能rain-rate pmc,降雨积累和DSD相关参数。

1。介绍

水文气象测量微观物理学的特征,如大小、形状、速度下降,及其空间分布,降水物理学领域的高利息,数值天气预报模型、地面卫星遥感的验证,电磁波传播和其他气候和水文应用程序(1- - - - - -3]。有成百上千的论文写的描述和讨论滴大小分布的参数化(DSD)在空间和时间(4]。

有许多可用的工具测量降水的减少大小分布,如PARSIVEL [5),2 dvd [6德文],[7];这些工具被广泛使用和广泛研究。许多从上面比较观测仪器发现有不同的差异不同的乐器8- - - - - -13),即使在完全相同降雨条件下,这使得它很难理解微观物理学的降水机制和相关应用程序。这可以归因于两个因素:抽样效应和仪器参数;目前大多数研究集中在抽样效应与随机抽样从人口的雨滴。采样的影响变化在静止的降雨雨滴大小测量通过使用一个随机模型研究了Uijlenhoet et al。14DSD),抽样效应测量非平稳的雨中被伯尔尼和Uijlenhoet[模拟15),抽样的不确定性与奥特PARSIVEL雨滴测量器已经被Jaffrain调查和伯恩16];对于后者,不同的仪器有不同的参数,如采样区域,采样率,和本大小和宽度;他们也影响测量精度和重建降水分布的根本。Marzuki等人调查了面元对DSD参数估计的影响从2 dvd测量,发现本宽度选择影响DSD[的形状17]。Checa-Garcia等人调查了面元大小分布的影响下降(DSD)测量通过JWD,彼得,蒂斯,PARSIVEL, 2 dvd,和光学spectropluviometer仪器,发现由于采样仪器差异相关的不确定性,但浓度、反射率和装箱质量加权直径是敏感18]。

本大小类的选择可能影响DSD根本上的形状;容器大小太大可能会忽略某些小尺寸的下降,导致测量DSD不会代表底层DSD;和容器的大小不能小无限,因为仪器的分辨率的限制。此外,不同的本类大小可能会导致不同的代表平均直径和积分过程,影响DSD时刻的结果;本大小表现出不同的比例关系对样本的数量,序列和rain-rate幅度。因此,最优宽度一定的本仪器应仔细调查和处理。

我们已经开发出一种降水微物理特征传感器(简称pmc,称为视频降水传感器之前)最近基于粒子图像测速技术显现的技术(19];它可以测量的大小、形状和下降速度的水文气象CMOS相机被领导的一个脉冲光源。为了量化不同的抽样效果本大小由pmc DSD参数测量,我们模拟抽样过程的雨滴pmc基于particle-by-particle蒙特卡罗模型;不同的取样本大小对DSD测量的影响进行了讨论,和最佳取样本的大小和宽度提出了pmc;最后的现场测量pmc,奥特PARSIVEL雨滴测量器,和一个翻斗式雨量计,rain-rate,降雨积累,和DSD相关参数比较,pmc的性能与特定的采样参数验证。

2。降水微物理特征传感器(pmc)

pmc由四个单元组成:光学单元,成像装置,采集和控制单元、数据处理单元,如图1(一)。光学单元(OU)包含一个发光二极管(LED),多模光纤集群、扩束镜、透镜和浓度,可以提供一个平行圆柱光束成像单元;成像单元(IU)包含一个互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器和驱动电路,数字图像记录的50×480像素和640像素帧每秒(fps),采样体积是300 mm×40毫米×30 mm;因此,图像的像素大小为0.0625毫米;采集和控制单元包含一个数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)的生成和输出定时信号的双曝光在一帧,控制光学单元和成像单元,记录和预处理的原始图像,编码和传输的原始数据;数据处理单元(DPU)是一个PC终端与采集与通信控制单元通过互联网使用同轴电缆网络TCP / IP协议。软件运行在终端接收传感器获得的数据,过程水文气象的图像和计算规模、速度和水文气象的形状。pmc的摄影是如图1 (b);光学单元和成像单元集成为一个隧道住房,而有一些金属飞溅消除网格,以防止雨滴溅到采样区域和减少风扰动的仪器。

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图1
降水微物理特征传感器的框架。

曝光的一帧(DEOF) pmc起着关键作用的同时测量的大小,形状,和秋季降水粒子的速度,如图2。CMOS摄像头运行在50帧每秒,脉冲同步信号发生器用于生成两个曝光脉冲光源在每一帧,单一曝光时间是20μ年代,两张照片的间隔是2 ms。CMOS摄像头捕获的曝光图像单帧中的每一个粒子,粒子的形状信息,和大小、轴比,可以计算的粒子和倾斜角度,速度可以根据内部的位移和时间计算。


图2
测量的原则。

3所示。模拟不同取样本的大小

事实上,波动DSD测量和派生的降雨特性不仅是由于真正的精细物理变化(称为自然变化),而且统计抽样误差(称为抽样波动)(20.]。自然变化与实际降水的自然环境的变化,根据当地的气候条件、降雨类型,和它的精细变化,而抽样波动与仪器本身有关,根据采样区域,本尺寸、分辨率等参数。考虑到不同的设备有不同的参数和rain-rate集成雨滴直径和下降速度的不同数字在不同的垃圾箱,可能有某些差异在不同仪器的输出相同的降雨事件,尤其是对rain-rate就越高。

考虑到私营军事公司的工作原理,有效的采样时间是只有10%的每一帧的曝光时间;不是所有的粒子通过采样区域可以double-imaged相机;某个粒子的捕获概率,可以完全由摄像机拍摄两次下降指数与它的大小。考虑这种测量机制,测量DSD可能偏离真正的DSD由于不合理的参数设置。因此,pmc在DSD测量的不确定性与不同采样参数应该被评估,和最优抽样本pmc的大小应该研究和建议。

3.1。方法

雨滴的采样过程可以模拟基于pmc particle-by-particle蒙特卡罗模型;模拟包含 标记点雨滴到达采样体积的过程; 概率捕获过程中曝光的图像由pmc雨滴记录; DSD反演计算过程的雨滴粒径分布采样体积单位体积。细节描述如下。

3.1.1。标记点的过程

假设雨滴到达取样区域的位置在空间齐次泊松模型(21),直径和数量的雨滴收益率雨滴粒径分布的概率模型,雨滴在空中的终端速度只取决于他们的直径,和雨滴不相互作用。的时间、数量和大小的雨滴采样pmc模拟基于上述假设。

到达时间(s)和直径(毫米) 雨滴也表示 和 ;雨滴的总数到达的采样体积 th到达时间小于或等于t是 起源的时间是任意的,它可以代表一个风暴的开始,开始的一分钟,一小时,一天,等等(21]。起源的时间通常是降水的开始时期,t在以下模拟1分钟,单位是秒。请注意, 金额从1到无穷大,包括尽可能多的雨滴,但并不意味着将会有无限的雨滴在一定时间间隔。

假设 的平均数是雨滴到达顶部的采样体积的时间吗t每秒每平方米(滴), DSD时刻的参数吗t。雨滴到达采样体积的上表面与时变发生根据泊松过程 ;DSD由概率密度函数 。相应的概率雨滴的数量 可以写成: 在这里,我们使用 , ,DSDΛ伽马函数参数,直径 (毫米)相应的雨滴t(s)的概率模型可以获得γ函数: 在哪里 , (毫米)的最大直径雨滴,和 (毫米)直径雨滴。

3.1.2。概率捕获过程

认为并不是所有的粒子,通过采样体积可以由pmc double-imaged。一定的概率雨滴一定规模和下降速度可以完全由摄像机拍摄至少一次在垂直维度的定义是 : 在哪里 的高度是采样体积(pmc 30毫米), 雨滴的垂直大小(毫米), 是雨滴的下降速度(米/秒)与雨滴的直径有关, 是两个暴露在每一帧之间的时间间隔(2)女士,女士和20每一帧的总曝光时间。

雨滴是否通过采样体积可以完全拍摄两次在一个单一的框架可以估计如下: 在哪里r是一个0到1之间的随机数生成的统一的概率模型。当 等于或小于一个雨滴直径的捕获概率 ,这雨滴是贴上了,否则它是标记为未捕获的。

3.1.3。DSD反演过程

雨滴的总数可以计算如下: 在哪里 是雨滴的数量被暴露在一个只有一个框架和 是雨滴的数量被双重暴露在一个单一的框架。

根据(4)和(6),雨滴的数量单位体积(m3)和单位直径(毫米)可以计算如下: 在哪里 。考虑到不同的大小有不同的雨滴下降速度,采用速度校正算法,得出雨滴的数量单位体积(m3)和单位大小类(毫米): DSD特征包括mass-weighed平均直径 (毫米)和标准差mass-weighed频谱 (毫米),所示(9)。 被定义为mass-weighed直径和总质量的比例的雨滴在单位体积,表示DSD的平均值。 被定义为的直径的偏差 所有的雨滴,表示DSD的方差。 的rain-rateR(毫米/小时)和雷达反射率因子 (dB)可以集成 : γ函数 DSD定义如下: 在哪里 是拦截参数( ), 是形状参数, 是分销的斜率(毫米−1);他们可以计算2日,3日,4日时刻如下: 的 阶矩定义如下:

3.2。参数设置

仿真参数由雨滴粒径分布、采样时间、采样体积,和本的大小和宽度。前者是有关自然降水本身;后面的三个参数相关仪器、采样时间和采样体积是固定的;考虑捕获概率的影响在DSD pmc测量在不同降雨条件下,我们专注于优化取样本的大小和宽度。

表1显示现有的雨滴测量器的取样本大小;这些设置是基于不同雨滴测量器的分辨率大小,JWD最少本数字(20),和间隔从0.09毫米到0.57毫米。这雨滴测量器22本数量和间隔是0.125毫米,0.25毫米和0.5毫米分别;奥特雨滴测量器有32本数量和间隔从0.125毫米到3毫米。上述三个雨滴测量器uninform间隔,而2 dvd的名义分辨率0.2毫米;容器的大小可以由用户确定后处理;它有一个最大的50本数量均匀间隔(0.2毫米)。pmc的原始分辨率大小是0.1毫米,问题是是否可以直接采用原始尺寸分辨率最好的容器大小。

表1
取样本的大小不同的雨滴测量器。

本大小和宽度的上方设置模式作为参考,我们建议pmc本大小的四个方案,如表所示2。私营军事公司的原始输出范围从0.1毫米到7.0毫米,拥有70本数字用0.1毫米的间隔;每隔1、2、3和4表示四本大小的方案,有25个,35岁,26岁和25本数字分开。

表2
四抽样方案本pmc的大小。

Rain-rate可以看作是宏观的雨滴粒径分布的表达式;降雨通常分为很轻,光,温和,沉重,非常沉重,极端降雨根据他们rain-rate [22]。考虑到rain-rateR可以通过集成计算γ函数的参数吗 , ,和Λ,四个典型rain-rate类别选择降雨模拟pmc的抽样过程;参数如表所示3。

表3
γ雨滴尺寸分布参数对不同rain-rate类别。
3.3。结果

基于上面的仿真参数,我们模拟的抽样过程与一个特定的DSD pmc稳定降雨事件,和rain-rate类别设置为1.4毫米/小时,7.28毫米/小时,15.81毫米/ h,并分别58.58毫米/小时,这是用来评估抽样效果不同rain-rate pmc的类别。雨滴尺寸分布的仿真结果如图所示3。真正的DSD是仿真的前提,原始捕获DSD直接衡量pmc,没有雨滴分类装进箱子和修正的捕获概率,和间隔1 - 4是DSD计算校正后捕获概率分类的基础上雨滴成四个不同的垃圾箱。在图S、M和L3表示尺寸范围为小雨滴,雨滴中位数,分别和大的雨滴;应该注意的是,大小范围对应不同的直径rain-rate类别。一般来说,原始捕获DSD低于倒生的DSD从4间隔明显由于pmc的捕获概率,而4倒生的DSD同意与真正的DSD小雨滴,和有一些差异值和大的雨滴。

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图3
真正的DSD,倒生的DSD条件下不同rain-rate类别。

小雨滴,间隔1中的原始DSD和倒生的DSD,间隔3,和间隔4同意与真正的DSD,而使倒转DSD间隔2低于本之间的真正DSD由于更大的间隔大小的小型范围。中位数雨滴数密度最大,最有助于rain-rate;雨滴中位数的数密度和宽度增加rain-rate的增加,和原始捕获DSD显然低于真正的DSD,因为不稳定的捕获概率,将非均匀一步下降的趋势,尤其是在光降水和暴雨;之间没有显著差异的倒生的DSD间隔,间隔2,间隔3,间隔4,与真正的DSD吻合较好。大雨滴的数量密度决定了DSD的最终形态,受到捕获概率的影响,原始捕获DSD有很大的起伏变化,和一定数量的大的雨滴是错过了;与原始捕获DSD相比,之间有良好的一致性使倒转DSD从4间隔计划和真正的DSD;原因是适当的取样本的大小和宽度可以减少雨滴数量变化的影响在DSD形状。应该注意,倒生的DSD之间也存在一定的偏差和真正的DSD,尤其是对逆变DSD间隔3在暴雨的降雨和间隔2。

考虑到不同的倒生的DSD之间的一致性和真正的DSD,每个采样过程模拟1000次,约35000,86000年、102000年和222000年分别模拟雨滴4 rain-rate类别。然后相对偏差 变量是用来评估的准确性使倒转dsd定量不同的抽样方案。表达式可以写成: 在这 仿真结果的吗 时间, 参数的真正价值, 表示模拟的总数。

的仿真结果 , ,R,Z如图4。可以看出,相对误差的平均值和标准偏差的增加减少rain-rate整体;最少的方式 和 还不到2%;的相对误差Z拥有最大的平均值和标准偏差,分别约5%和13%。为 ,整体的意思 从间隔4最小值0.72%,和的均值 从间隔1小雨、大雨有最小值。为 ,最少的方式 0.09%,0.29%,0.04%,0.40%来自间隔4根据降雨和温和多雨,间隔3的暴雨,暴雨中间隔2。为R整体的意思 是3.27%,和四个间隔方案有很好的表演的温和多雨,大雨、暴雨,除了吗 有一个较大的标准差在降雨,这意味着它有一个更广泛的变化。为Z,间隔4具有最好的性能根据降雨,温和多雨,和强降雨;的均值 分别是3.27%,4.24%和3.14%,而间隔1最佳性能在暴雨,的意思吗 是1.88%。

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图4
相对误差的平均值和标准偏差 , , R,Z。

的仿真结果 , ,和Λ伽马函数如图5。可以看出,平均值和标准偏差 减少与rain-rate的增加, 光降雨量最大的误差,最大相对误差的意味着什么 是40.52%,而 和Λ相对误差较小,误差随rain-rate的增加。 有间隔的最小相对误差3降雨,间隔4温和多雨,间隔3在暴雨中,分别在暴雨和间隔2;最低的 28.72%,2.36%,2.94%,0.77%; 有间隔的最小相对误差1降雨,间隔3温和多雨,间隔2在暴雨中,分别在暴雨和间隔4;最低的 0.87%,0.41%,0.83%,4.76%;Λ间隔的最小相对误差1根据降雨和温和多雨,间隔3在暴雨和区间2分别在暴雨;最低的 0.94%,0.11%,0.53%,1.33%。

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图5
相对误差的平均值和标准偏差 , ,和Λ。

表4列出了上述参数的平均相对误差;可以看出四个方案的采样间隔对雨滴尺寸分布参数有不同的表演在四rain-rate类别。为 , ,R,Z, , ,和Λ,该计划间隔2的最大平均相对误差降雨,温和多雨,和强降雨(8.10%,5.38%,3.62%),和计划间隔4在光降雨量最低平均相对误差,温和多雨,和暴雨(5.40%,2.19%,2.25%);四个rain-rate类别的平均值,该计划区间的平均相对误差1,间隔2,间隔3,和间隔4 3.60%,4.89%,4.03%,和3.32%分别;它可以得出结论,该计划间隔4四类的最佳性能在整个降雨;因此计划间隔4采用pmc的最佳取样本的大小。

表4
平均相对误差的参数在不同rain-rate类别。

DSD随不同的测量仪器的准确性与不同的抽样原则和不同的参数设置,也没有理想的参考降水场的测试和评估。该方法基于抽样过程模拟不仅可以应用现有的绩效评价工具,而且对优化开发工具。鉴于上述讨论,根据计划间隔4应用于pmc,田间试验的结果如下所示。

4所示。田间试验

pmc的联合观测,SL-3翻斗式雨量计(简称计),和奥特PARSIVEL雨滴测量器(简称OTT)启动仪式在南京,中国,在2015年6月;降雨主要是对流降雨时梅雨季节,和降雨观测在16日,17日,25日,26日,6月27日、28日、29日和30日收集和讨论。pmc的rain-rate分辨率和时间分辨率,测量,和奥特0.001毫米/小时和1分钟,0.1毫米和1分钟,0.001毫米/小时,10秒。为方便对比分析,数据处理三个工具在同一时间分辨率为1分钟,只和雨量比0.1毫米/小时重使用pmc和奥特;后,所有三个仪器获得的降雨有3618分钟的样品。

4.1。Rain-Rate和降水积累

pmc rain-rate和降水积累观察,奥特,计如图6。可以看出rain-rate观察的顺序变化pmc,奥特,计有很好的一致性和pmc rain-rate系列和奥特有几个由于rain-rate高分辨率的大幅增加。最大rain-rates衡量pmc和奥特是每小时139.6毫米和134.8毫米/小时,而最大rain-rate衡量指标只有108毫米/小时,因为有限的分辨率和采样原则。它往往低估了强降雨的rain-rate [12]。由pmc的总累积雨量测量,奥特,计426.8毫米,480.8毫米,412.7毫米。考虑到计通常是作为一个参考,pmc和所观察到的降水累积计比奥特和计有较高的一致性,这对宏观变量验证pmc的性能测量。

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图6
Rain-rate和降水累积获得的三个工具。

为了量化三个工具之间的差异,相对偏差偏差和绝对偏差ab_bias定义如下: 在这 和 和 表示长度的数据系列 。和移动平均3分钟是用来处理原始数据,以减少抽样随机噪音的影响之间的差别分析每个乐器。

图7显示了3分钟的比较之间的平均rain-rate三种乐器。它可以发现,每两个工具之间有良好的线性关系,尤其是pmc和奥特之间;pmc和奥特之间的相关系数,pmc和衡量,奥特和规格是0.98,0.96和0.99。Rain-rate衡量pmc和奥特高于Rain-rate衡量指标——相对偏差分别为4.5%和15.0%,私营军事公司之间的绝对偏差和测量高于奥特和衡量,可能的原因是,采样效率是pmc捕获概率的影响,和大雨滴的数量密度具有不稳定降压方差。

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图7
比较3分钟之间的平均rain-rate三个仪器。

事实上,rain-rates衡量不同的仪器有一定差异rain-rate类别,如表所示5。的绝对偏差三个工具减少rain-rate的增加。奥特和pmc是积极的,之间的相对偏差随rain-rate的增加而减小;之间的相对偏差pmc和衡量 毫米/小时, 毫米/ h是积极的,和之间的相对偏差pmc和衡量 毫米/小时, 毫米/ h是负面的;奥特之间的相对偏差和计都是积极的,在它的相对偏差 毫米/小时, 毫米/小时高于 毫米/小时, 毫米/小时。有一个很好的协议pmc和奥特rain-rate类别;相关系数是0.9,除了相关系数为0.74 毫米/小时。最重要的是,rain-rate和降水累积衡量pmc结果吻合较好,奥特和衡量;波动变化随着时间的推移可能会增加绝对偏差,但相对偏差小;它可以得出结论,pmc对宏观变量的性能测量基本上是一致的与奥特和衡量。

表5
差异之间的rain-rate三个仪器在不同rain-rate类别。
4.2。雨滴粒径分布

雨滴尺寸分布可以被描述为mass-weighed平均直径 和标准偏差的mass-weighed频谱 ,这表示光谱的均值和方差。dsd测量和pmc的奥特处理(9);结果如图所示8。 和 获得由pmc和奥特有良好的一致,相关系数是0.9032和0.8261,和的绝对偏差 和 pmc和奥特之间分别0.12毫米和0.29毫米。散点图显示的不连续性 和 随的增加他们的价值观,和不连续性 是比 ;的不连续性 和 衡量衡量pmc奥特大于,表示,私营军事公司可以获得窄光谱宽度DSD比奥特。

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图8
和 衡量pmc和奥特。

为了探索DSD测量的差异由pmc和奥特彻底DSD数据根据rain-rate分为四类;平均dsd如图9。为 毫米/小时,pmc和奥特测量基本相同DSD直径从0.8毫米到3.0毫米;雨滴的数量密度 毫米, 毫米的奥特高于由pmc测量;为 毫米/小时,pmc和奥特可以获得同等的DSD直径小于3.0毫米,和雨滴的数密度 毫米的奥特高于由pmc测量;为 毫米/小时,pmc可以测量更多的雨滴 毫米和更少的雨滴 比奥特mm;为 毫米/小时,pmc和奥特可以测量基本相同DSD直径从1.5毫米到3.0毫米,和pmc可以测量更多的雨滴 毫米,明显少了雨滴 比奥特毫米。

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图9
平均dsd衡量pmc和奥特在四rain-rate类别。

总结以上,获得的dsd pmc和奥特有一个很好的协议,相比之下,奥特;pmc可以测量多小/中位数雨滴和少大雨滴( 与增加rain-rate毫米);的原因可以归因于两个抽样原则的区别。成像系统可以记录雨滴的图像清晰,而小雨滴对激光传输的衰减不明显,导致低估奥特的小雨滴。另一方面,大雨滴呈现平滑锥形形状(23),其水平规模大于垂直大小;奥特只能测量雨滴的横向尺寸(5),尽管nonspherical修正和高估大雨滴仍然存在。和捕获概率直径大于3毫米的pmc小于0.3,导致由pmc大雨滴的低估。

基于DSD测量,目前参数及其偏差计算了(12)和(15);结果如表所示6。 表示相关系数,偏见表示相对偏差,ab_bias表示绝对偏差。所有样本的相关系数的M2, M3, M4之间pmc和奥特大于0.9,和相对偏差随时刻订单的增加;M1最小相对误差0.9%,和绝对偏差的M1, M2, M3和pmc和奥特之间相对较小,不到30%。参数在不同rain-rate范围有相似的特性,除了M0 毫米/小时最低相对偏差2.9%,和M2 毫米/小时, 毫米/小时 毫米/小时最低相对偏差19.8%,2.1%,和−5.8%;M1和M2的最小绝对偏差在不同rain-rate范围;相对偏差和绝对偏差的变化时刻rain-rate呈现u型分布;的相对误差和绝对误差 毫米/小时, 毫米/ h大于那些 毫米/小时, 毫米/小时。总之,M1, M2, M3, M4衡量pmc和奥特有一个很好的协议,和M6的最大偏差。的最小偏差发生在rain-rate范围 毫米/小时, 毫米/小时;可能的原因是,大大小小的雨滴最有助于M0和M6在奥特可以测量小雨滴,雨滴比pmc和rain-rate的差异变得明显增加。

表6
力矩偏差参数在不同rain-rate pmc和奥特之间。

考虑到M2, M3, M4 pmc和奥特有更好的相关性,M234阶矩法用于计算 , ,和Λ伽马分布的概率分布 , ,和Λ如图10,相应的高峰值,中间值和概率表中列出7。它可以发现,两个高峰值和中间值获得的pmc大于那些通过奥特,和相应的概率获得的pmc低于通过奥特;的概率 和Λ有相似的分布,pmc的概率小于奥特的什么时候 和Λ不到顶峰值的pmc, pmc的概率大于奥特的什么时候 和Λ大于峰值pmc的价值观。的概率比较 从奥特pmc给出了0.05的区别,区别的峰值和中值 从pmc是4,而峰值和平均价值之间的差异 从奥特只有2;当 获得大于其峰值,pmc的概率下降比奥特慢得多。它可以得出的结论是,有一个很好的协议的γ参数pmc和奥特,而私营军事公司可以获得一个更复杂的DSD变异因为pmc的捕获概率。

表7
高峰值,中间值和相应的概率的概率分布 , ,和 伽马函数。
(一)
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(b)
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(c)
图10
概率分布的 , , Λ伽马函数。

和Z-R关系通过pmc和奥特是由最小二乘法拟合,如图11;表列出了相应的表达式8。 和Λ衡量pmc和奥特遵循典型的二次函数关系,拟合相关系数是0.911和0.914,和pmc更高 比奥特,引起的 私营军事公司获得的表达式有一个更大的二次项系数和较小的比获得的奥特单项式系数。Z和R衡量pmc和奥特遵循一个指数函数关系,和pmc更为集中Z-R比奥特散射;拟合系数Z-R关系衡量pmc是衡量奥特很近,只有pmc的拟合曲线略低于奥特,和相关系数分别为0.969和0.931。

表8
的表达μ- - - - - -Λ和Z-R关系了pmc和奥特。
(一)
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(b)
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图11
和Z-R关系了pmc和奥特。

5。结论

采样参数不同的雨滴测量器有各种对降雨特性估计的影响。针对自主研发的降水微物理特征传感器(pmc),抽样过程的雨滴pmc particle-by-particle蒙特卡罗模型模拟的基础上,不同的抽样效果本DSD pmc讨论了测量尺寸,和最优抽样本尺寸提出了。

五本大小的抽样方案的仿真结果在四rain-rate类别(光降雨,温和多雨,大雨,暴雨)表明,原始捕获DSD有很大的起伏变化的影响捕获概率,和一定数量的大的雨滴是错过了;与原始捕获DSD相比,之间有良好的一致性使倒转DSD从4间隔计划和真正的DSD;原因是适当的取样本的大小和宽度可以减少雨滴数量变化的影响在DSD形状。计划间隔4的最小相对误差和绝对误差在整个;因此,该方案采用间隔4 pmc的最佳取样本的大小。

私营军事公司的现场测量,一个奥特PARSIVEL雨滴测量器,和一个翻斗式雨量计显示rain-rate和降水积累pmc之间有良好的一致性,奥特,和评估;获得的dsd pmc和奥特有一个很好的协议,与奥特相比,私营军事公司可以测量多小/中位数雨滴和少大雨滴( 与增加rain-rate毫米);的概率 , ,和Λ表明,有一个很好的协议的γ参数pmc和奥特,而私营军事公司可以获得一个更复杂的DSD变异因为pmc的捕获概率;的安装 和Z-R关系衡量pmc是衡量奥特接近,从而验证性能rain-rate pmc,降雨积累和DSD相关参数。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

所有作者都参与设计和讨论研究。本研究的想法是由陆棚构想出来的刘和Taichang高。实验设计,由刘淅川肖建蜀。数据分析和解释淅川刘和Yuntao胡锦涛。手稿的作者是淅川的刘,肖建蜀。

确认

这项工作是由中国国家自然科学基金(批准号。41327003、41505135和41475020)和江苏省自然科学基金(批准号BK20150708)。pmc是在应烤鸭的支持下开发环境技术有限公司,有限公司,南京,中国。