水力學(xué)教程第五章氣象資料的搜集與整理

第五章氣象資料的搜集與整理5.1氣象要素氣象要素氣象要素：表示大氣特征的物理量1.氣溫t(或T）

空氣的冷熱程度叫空氣的溫度，簡(jiǎn)稱氣溫。兩種溫標(biāo)：攝氏溫標(biāo)，t(℃);熱力學(xué)溫標(biāo)，T(K),且T=273+t2.氣壓p

大氣中任一高度上的氣壓值，等于其單位面積上所承受的大氣柱的重量，單位為帕斯卡(Pa)，簡(jiǎn)稱帕。一般氣象工作者習(xí)慣用毫巴(mbar)，目前常用百帕(hPa)作為氣壓?jiǎn)挝唬?hPa=1mbar3.

風(fēng)因地面上氣壓分布不均勻，使空氣由高壓區(qū)流向低壓區(qū)，從而產(chǎn)生了風(fēng)。風(fēng)具有大小和方向。氣象要素

氣象要素露點(diǎn)td

：在氣壓（P）一定、水汽含量不變的情況下，使空氣冷卻至飽和狀態(tài)，此時(shí)的溫度稱為露點(diǎn)溫度，簡(jiǎn)稱露點(diǎn)，單位為℃。顯然，露點(diǎn)永遠(yuǎn)小于或等于當(dāng)時(shí)的氣溫飽和差d：在溫度一定的情況下，飽和水汽壓與實(shí)際水汽壓之差，稱為飽和差，即d=E－e氣溫t1/℃飽和水汽壓/mm氣溫t1/℃飽和水汽壓/mm氣溫t1/℃飽和水汽壓/mm3439.9112219.832109.2103337.7412118.65598.6103235.6742017.53988.0463133.7061916.48177.5143031.8341815.18067.0142930.0521714.53356.5432828.3581613.63746.1012726.7471512.79035.6852625.2171411.98925.2942523.7631311.23314.9262422.2831210.51904.5792321.074119.845

不同氣溫下的飽和水汽壓E值表氣象要素

5.2降水降水的定義降水是從云中降落到地面上的雨、雪、雹等的總稱

在城市廠礦雨水排出系統(tǒng)和防洪工程的設(shè)計(jì)中，都需要收集降水資料，從而推算設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)洪水，并估計(jì)降水量在地區(qū)和時(shí)間上的分布規(guī)律降水的觀測(cè)

普遍采用自記雨量計(jì)來(lái)觀測(cè)降雨量。

降水的觀測(cè)

降水三要素

降水三要素【例】圖5.1是某站記錄到的一場(chǎng)歷時(shí)120min、共降雨23.1mm的暴雨。所選時(shí)段見(jiàn)表5.3第1列和第2列，由自記雨量計(jì)記錄的歷時(shí)與降雨量列入第3列和第4列【解】表5.3雨量~歷時(shí)關(guān)系計(jì)算表所選時(shí)斷歷時(shí)/min降雨量/mm降雨強(qiáng)度/(mm/min)起訖16:4316:4857.01.4016:4316:53109.80.9816:4316:581512.10.8116:4317:032013.70.6916:4317:133016.00.5316:4317:284519.10.4216:3717:376020.40.3416:3718:079022.40.2516:3718:3712023.10.19注：一次降雨的中途其強(qiáng)度低于0.1mm/min的持續(xù)時(shí)間（包括降雨停歇）超過(guò)120min時(shí)，應(yīng)分為兩場(chǎng)雨統(tǒng)計(jì)5.3降水特性分析流域平均降水量點(diǎn)降水量

流域平均降水量

流域平均降水量垂直平均法

又叫面積加權(quán)平均法，或稱泰森多邊形法

此法適合雨量站分布不均勻的流域

首先，在流域圖上用直線連接相鄰雨量站組成銳三角形網(wǎng)（盡量避免出現(xiàn)鈍角三角形）

其次，對(duì)每個(gè)三角形分別作三條邊的垂直平分線，必交于一點(diǎn)。由這些垂直平分線組成若干個(gè)不規(guī)則的多邊形

每個(gè)多邊形內(nèi)部或附近有一個(gè)雨量站，然后量取各多邊形所包圍的面積（各面積之和應(yīng)等于全流域的面積）流域平均降水量

流域平均降水量【例】資料：中興何丁華站以上流域面積F=5600km2，如圖所示，流域上有四個(gè)雨量站（即甲建、乙建、丙中、丁華），各站所控制的面積（按垂直平分法求得）已列于表5.4。1998年7月29日至30日發(fā)生了一次暴雨，各站實(shí)測(cè)雨量也列于同一表中要求：繪泰森多邊形圖，并計(jì)算該次暴雨的流域各時(shí)段平均降雨量和此平均降雨量流域平均降水量【解】泰森多邊形圖如下：表5.4用泰森多邊形計(jì)算次平均降雨量表雨量站控制面積fi/km2權(quán)重fi/F29日6時(shí)~12時(shí)29日12時(shí)~18時(shí)29日18時(shí)~24時(shí)29日24時(shí)~30日6時(shí)hi/mmhi*(fi/F)/mmhi/mmhi*(fi/F)/mmhi/mmhi*(fi/F)/mmhi/mmhi*(fi/F)/mm甲建19000.3411.503.9218.26.2071.924.4800乙建10400.1916.002.9811.72.1824.54.579.81.826523297丙中16900.3016.004.8534.610.4833.310.0900丁華9500.1716.402.7921.73.6955.39.4120.43.47311828全流域5580

14.35

22.55

48.55

5.30

流域平均降水量

流域平均降水量等值線圖法年正常降水量

年正常降水量年正常降水量5.4點(diǎn)雨量資料的整理暴雨的定義暴雨：24h降水量>50mm或1h降水量>16mm大暴雨：24h降水量>100mm特大暴雨：24h降水量>200mm降雨的特征及降雨資料的圖示法降雨的特征降雨量：一定時(shí)段內(nèi)降落在某一點(diǎn)或某一面積上的總雨量，常用深度h表示，mm降雨歷時(shí)：指此次降雨所經(jīng)歷的時(shí)間t，以mim或h計(jì)降雨強(qiáng)度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的降雨量，mm/min或mm/h降雨面積：降雨籠罩的水平面積降雨中心：最大雨深處降雨的特征及降雨資料的圖示法降雨資料的圖示法降雨量過(guò)程線和降雨歷時(shí)曲線

降雨量過(guò)程線表示降雨的時(shí)間變化過(guò)程，通常以時(shí)段降雨量為縱坐標(biāo)，時(shí)段次序?yàn)闄M坐標(biāo)

降雨量過(guò)程線顯示降雨量隨時(shí)間的變化特征，常以直方圖或曲線表示(曲線1)

降雨過(guò)程又可用累積降雨量曲線表示，時(shí)間為橫坐標(biāo)，縱坐標(biāo)代表自降雨開(kāi)始時(shí)刻到任意時(shí)刻的降雨量的累積值，見(jiàn)圖曲線2降雨的特征及降雨資料的圖示法降雨量等值線圖

為了表示某一地區(qū)或流域的次、日、月、年等降雨量在空間內(nèi)的分布情況，可作降雨量等值線圖。

此圖作法與繪制地形圖等高線相似，可根據(jù)各雨量站一定歷時(shí)的同時(shí)降雨量，并參考地形圖等高線進(jìn)行繪制面平均雨深-面積曲線

首先繪制這場(chǎng)雨的等雨量線圖，從最大雨深處量取不同等雨量線所包圍的面積，并求出各包圍面積上的面平均降雨量。以面平均雨量為縱坐標(biāo)，面積為橫坐標(biāo)，點(diǎn)繪面平均降雨量與相應(yīng)面積曲線，即得面平均雨深-面積曲線

一般等雨量線所包圍的面積越大，平均雨深就越小暴雨強(qiáng)度換算

降水時(shí)段的選擇

對(duì)于雨水管網(wǎng)設(shè)計(jì)而言，有意義的是找出時(shí)段最大降水量。因此，暴雨強(qiáng)度的數(shù)值與所取的連續(xù)時(shí)間段t的跨度和位置有關(guān)暴雨強(qiáng)度的換算

1hm(公頃)=104m2，則1L/(s?hm)=1dm3/[s?(104m2)]=10-3m3/[s?(104m2)]]=1m/(s?107)=1mm/(s?104)=60mm/(min?104)=6×10-3mm/min

暴雨強(qiáng)度換算

【例】某雨量站某場(chǎng)暴雨資料見(jiàn)表5.5中第1~4列，將暴雨強(qiáng)度i換算成q表5.5暴雨強(qiáng)度計(jì)算表歷史時(shí)段降雨歷時(shí)/min降雨量h/mm暴雨強(qiáng)度i/(mm/min)暴雨強(qiáng)度q/[L/(s?hm)]起訖8:458:5052.50.5083.38:408:50104.10.4168.38:408:55154.60.3151.18:409:002050.2541.78:409:10305.60.1931.18:309:15456.20.1423.08:309:30606.60.1118.38:209:50907.50.0813.9暴雨強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)累積頻率與重現(xiàn)期的計(jì)算公式

暴雨強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)累積頻率與重現(xiàn)期的計(jì)算公式

暴雨強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)累積頻率與重現(xiàn)期的計(jì)算公式

暴雨強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)累積頻率與重現(xiàn)期的計(jì)算公式

暴雨強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)累積頻率與重現(xiàn)期的計(jì)算公式暴雨資料整理的方法與步驟：按不同的歷時(shí)，計(jì)算暴雨強(qiáng)度的重現(xiàn)期。得出i-t-T的關(guān)系成果表，計(jì)算降雨量重現(xiàn)期時(shí)一般按0.25、0.33、0.5、1、2、3、5、10、15年統(tǒng)計(jì)。選定各種重現(xiàn)期，以降雨歷時(shí)t為橫坐標(biāo)（采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)），暴雨強(qiáng)度i為縱坐標(biāo)（可采用對(duì)數(shù)，也可采用等分坐標(biāo)），通過(guò)點(diǎn)群中央繪制i-t-T的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系曲線計(jì)算暴雨強(qiáng)度的抽樣誤差

當(dāng)計(jì)算重現(xiàn)期在0.25-10年范圍內(nèi)，平均絕對(duì)均方差≤0.05mm/min。降雨強(qiáng)度較大的地方，平均相對(duì)均方差≤5%暴雨強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)累積頻率與重現(xiàn)期的計(jì)算公式

暴雨強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)累積頻率與重現(xiàn)期的計(jì)算公式表5.6某市30年內(nèi)各歷時(shí)暴雨強(qiáng)度i統(tǒng)計(jì)表mt/minT/年51015203045609012013.82.82.32.21.71.491.371.090.983023.612.812.162.111.671.381.371.070.981533.42.662.041.81.641.361.31.070.9110……………………………52.932.181.931.651.451.251.180.920.786……………………………

102.612.081.831.611.431.110.990.760.723……………………………

152.511.961.651.481.261.020.960.70.582……………………………

302.011.631.411.271.110.90.780.590.51……………………………

601.611.311.110.990.850.680.60.470.40.50……