雨滴对电磁波的散射特性研究

由于重力和向上气流的作用,高速摄影显示较大的雨滴在降落过程中表现为一底部扁平、顶部圆滑的非球形对称体,已有的模型中BC模型(由Beard和Chuang提出)被认为能准确描述雨滴的形状。本文利用沿降落方向旋转对称的扁椭球体和均匀球体模拟降落中的雨滴,扁椭球体的短轴(旋转轴)与BC模型的相等,长轴通过与BC模型截面积等效法确定;利用T矩阵方法研究了水平取向的旋转扁椭球体和BC雨滴模型的散射特性,利用Mie理论计算了均匀球的散射特性,比较了半径分别为2 mm和3 mm大小的三种雨滴模型对94 GHz电磁波斜入射时的单次散射相矩阵,以及对频率为30 GHz~100 GHz电磁波的单次散射反照率,最后讨论了半径为0.5 mm~3.5 mm雨滴对35 GHz和94 GHz的后向散射函数。计算结果表明,利用均匀球模拟雨滴将带来较大误差,而利用截面积等效的旋转扁椭球体模型可以较好地模拟雨滴的散射特性。     

雨滴下落收尾速度的一般讨论

运用流体力学的相关知识,分析了雨滴下落所受的粘性阻力和压差阻力,考虑雨滴在空气中下落半径增加对雨滴速度的影响,得出了雨滴下落速度和雨滴半径的关系,对雨滴下落收尾速度进行了一般讨论.     

激光雨滴谱仪光学设计与分析

用来描述降水粒子数浓度随粒子尺度变化函数的雨滴谱,是降水最基本的微物理特征量,利用雨滴谱信息可以更清楚地认识自然降水的发展演变过程。从雨滴在矩形光束中的相对位置出发,理论分析了不同尺寸条件下矩形光束透射强度随粒径的变化,结果显示矩形光束的透过率与雨滴尺寸具有很好的线性关系;数值模拟了不同粒径、不同降落速度下雨滴在矩形光束中的渡越时间。并指出利用测量的雨滴粒子大小和下落时间就可获得降水类型(毛毛雨、普雨、降雪、降霰、冰雹以及混合型降水)、降水强度、降水量和粒子波谱(在体积波谱上的粒子分布)等信息。     

静止空气中球形雨滴收尾速率及斯托克斯黏性阻力使用条件

文章利用光滑球体空气阻力系数较为准确的Wallis公式,逐步地分析计算出20℃的静止空气中不同半径球形雨滴的收尾速率,并与部分实际测量值进行比较,指出差距的原因.文章又以Wallis公式为标准,估计出在精度要求不是太高的情况下,光滑球体的斯托克斯一次方黏性阻力公式大致适用于Re<0.1的雷诺数区间,其间的相对误差<3.0%.这对20℃的静止空气中雨滴下落时斯托克斯公式始终能够成立的半径要求便是r<1.9×10^-5 m,可见斯托克斯公式完全不能适用于通常大小的雨滴.文章指出,撰文的目的在于对球形模型下雨滴的收尾速率进行较为精确的计算,以弥补其他某些文献的不足,而所使用的Wallis拟合公式相对最值得信耐.     

单液滴冲击超疏水壁面的压力特性研究

雨滴撞击索类结构表面可能会激发振动及表面积冰等问题,现有研究多关注于疏水壁面及液滴撞击壁面铺展、回缩特性,鲜见涉及雨滴冲击超疏水壁面压力特性的研究.为此,采用CLSVOF方法对单液滴冲击超疏水固壁面这一过程进行数值计算,分析了液滴速度、初始直径等因素对液滴冲击超疏水壁面的压力特性、液滴动态行为特性及液滴与壁面接触时间的影响.结果 表明:单液滴撞击超疏水壁面的过程中,接触瞬间在接触点附近产生局部高压区,而在液滴铺展过程中,对壁面几乎没有压力冲击;在回缩反弹阶段,壁面受到持续较长时间的压力波动,且压力波动区域不局限于初始接触点附近较小范围.撞击速度或液滴初始直径的增大使壁面受到的冲击更为剧烈,且初始速度对壁面受压的影响更为明显.一定范围内液滴初始直径的增大则会导致接触时间延长.     

降雨对微波传输特性的影响分析

在归一化雨滴谱分布、雨滴的介电模型和Mie散射理论的基础上计算群雨滴在微波波段的散射和衰减特性,讨论分析雨滴谱分布、降雨强度、入射波频率和温度等因素对微波传输特性的影响.数值模拟结果表明,不同谱分布的群雨滴散射能力从大到小依次为JD,MP,Gamma和JT分布,降雨强度对微波传输特性的影响最大,入射波频率次之,温度的影响最小.所得出的结论有助于准确评估降雨对微波传输的影响以及提高利用测雨雷达和毫米波雷达等定量探测降水的精度. 关键词： 微波传输 雨滴谱分布 Mie散射 散射衰减特性     

降雨对激光定距系统后向散射特性的影响

由于激光光束在降雨中传输时会产生雨滴的后向散射,引起定距系统的虚警、失效等.以几何光学散射理论为基础,建立雨滴后向散射模型并计算不同降雨条件下的后向散射系数,结合工程应用计算不同降雨条件和传输距离下的系统信噪比,分析雨滴后向散射对系统信噪比的影响.计算结果表明,传输距离一定时,系统信噪比将随着降雨率的增大而减小,暴雨中衰减率高达11%;在相同降雨条件下,作用距离从10m增大至15m,信噪比衰减率达到46%以上.降雨大小和作用距离是影响系统信噪比的重要因素,为脉冲激光定距系统在降雨环境下的目标识别以及高抗干扰性能的优化提供了依据.     

光学雨滴谱测量仪

光学雨滴谱测量仪能够实时监测雨滴直径分布、雨滴降落速度等气象参数,可应用于气象研究、环境监测、农业安全预警等领域。采用红外LED光源和线阵CCD,搭建了雨滴谱测量光路,并用水滴代替雨滴,演示测量了通过采样空间的水滴的直径和速度,验证了雨滴参数光学测量的可行性。实验中发现当较大雨滴紧贴CCD窗口通过采样空间时,液体透镜效应十分明显,CCD对应区域的光强增强,与通常的遮挡现象正好相反,因此在后续的程序处理中需妥善处理这类异常信号。     

光在雨中传输的研究

概述了雨滴的尺寸分布特性和光波在雨中的传输衰减,介绍并分别讨论了仅考虑雨滴对光传输的散射作用与仅考虑雨滴对光传输的遮挡作用时光的传输衰减模型.重点分析了后者的原理,结合雨滴尺寸分布模型对光在雨中的最大传输距离及其光强的衰减做了计算.     

雨滴能够产生巨大反弹力

简单系统的背后也可能隐藏着复杂的物理原理。法国巴黎高等师范学校（Ecole Normale Sup&#233;rieure）的丹尼斯。巴尔托洛（Denis Bartolo）和同事们发现，下落的雨滴也有令人惊异之处。雨滴在击打抗水表面时，能够产生40倍于撞击速度的喷流。巨大的反弹力来自流体动力的不稳定性，这种不稳定性与雨滴撞击抗水表面时，形成的一个空气漩涡有关。这是集合现象怎样产生非常有效的上转换作用的极好实例，而且可能将有令人感兴趣的用途。