专利名称：一种区域降雨过程的模拟系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种区域降雨过程的模拟系统和方法，是一种用于科学实验和对自然生态模拟的系统和方法，是一种具有过去、现在、未来区域降雨过程准确模拟能力的人工降雨系统和方法。
背景技术：
大型模拟降雨系统一般都是由国家出资的大型实验系统，用于大型防灾减灾或资源保护与开发利用项目的科学实验或开发研究项目。如:美国ADMI公司研发的模拟降雨系统，以及日本筑波大学、日本防灾科学技术研究所、中国科学院水利部水土保持研究所、长安大学、黄河水利科学研究院、北京师范大学、北京林业大学、中国农业大学等国内外知名研究机构所拥有的模拟降雨系统。这种大型系统也可以用于对某个特定区域可能出现的强降雨等灾害性天气进行模拟，以便采取措施避免或减少自然灾害对社会和经济生活的影响。现有的大型模拟降雨系统存在两个问题:首先，这些模拟降雨系统均只能实现研究降雨区域内保持相同雨强的降雨过程模拟。且降雨过程设定的实现是通过前期分析，概化出特征降雨过程的雨强变化过程，并将该过程作为模拟降雨装置控制降雨过程的依据。然而，由于自然降雨特点，区域内各点的雨强变化趋势及其内部分布具有明显的不均一性，即同一区域在同一个降雨过程中，区域内各个点的降雨状态并不一致。而现有的模拟降雨系统不能模拟区域内的不一致降雨。其次，由于现有的气象资料不可能收集区域内任意一点的降雨状况资料，也没有必要这样做，但在模拟过程中如果忽略这些点的降雨变化，其结果是降雨过程的模拟精确度不足，使模拟实验的误差过大，不能满足科学应用的需要，严重的甚至会产生错误的结论。总之，由于上述问题，目前国际上的大型模拟降雨系统均不能实现区域降雨过程的准确模拟，其实验参数往往只能作为定性分析或粗略定量分析的参考数据。
发明内容
为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种区域降雨过程的模拟系统和方法。所述系统和方法具有对设定区域内过去、现在和未来的降雨过程的生成和准确模拟的能力。所述系统和方法利用水文气象数据库，对所述研究区域的降雨过程的生成进行分析，产生准确模拟降雨方案。所述系统有多个相互独立的模拟降雨单元，各个降雨单元的模拟降雨过程可以独立控制。通过多达上百个降雨单元的组合，在上千平方米的模拟区域的精确物理模型范围内，按照准确模拟降雨方案，实现降雨的时间、空间变化过程的准确模拟。本发明的目的是这样实现的:一种区域降雨过程的模拟系统，包括:水文气象数据库，所述的水文气象数据库与降雨过程生成子系统连接，所述的降雨过程生成子系统与降雨过程控制子系统连接，所述的降雨过程控制子系统与模拟降雨子系统连接；所述水文气象数据库包括:区域气候模型数据库和站点资料数据库；所述的降雨过程生成子系统包括:区域气候模型、站点资料插值装置、尺度转换装置；所述的模拟降雨子系统包括:水量喷洒控制装置、供水装置、喷洒装置和安装在区域物理模型上的传感器；所述的喷洒装置由多个安装在模拟区域物理模型上空的喷洒单元组成，所述的喷洒单元纵横排列形成喷洒单元阵。一种使用上述系统进行区域降雨过程模拟的方法，所述方法的步骤如下:
选择区域气候模型的步骤:用于根据要求在区域气候模型数据库中选择研究区域的气
候模型；
查找站点气候资料的步骤:用于在站点资料数据库中查找所述研究区域的站点气候资
料；
构建准确模拟降雨过程初步方案的步骤:用于根据研究区域的气候模型和站点的降雨资料，构建过去或未来某一时段的降雨过程模型，或者构建正在进行的降雨过程模型；将研究区域空间上的降雨过程划分为纵横排列的雨强矩阵，根据研究区域的气候模型和站点的降雨资料，特别是站点的降雨资料，没有站点降雨资料的位置应计算插值，计算雨强矩阵各矩阵单元随时间变化的降雨量和变化量以及雨滴的大小和变化量，形成准确模拟降雨过程初步方案；
尺度转换的步骤:用于将准确模拟降雨过程初步方案中所述研究区域的真实尺度转换为物理模型的模拟区域尺度，包括将雨强矩阵按照尺度转换系数转换为雨强模拟矩阵，完成准确模拟降雨过程方案；
模拟降雨的步骤:用于所述的降雨控制子系统将准确模拟降雨过程方案中的雨强模拟矩阵的各个矩阵单元与喷洒单元阵中的各个喷洒单元对应，根据准确模拟降雨过程方案控制喷洒单元喷洒作业，并根据传感器监测喷洒过程是否符合准确模拟降雨过程方案。本发明产生的有益效果是:本发明通过集成水文气象数据库、降雨过程生成系统、降雨过程控制系统和多个模拟降雨单元，实现对指定区域内过去、现在和未来的降雨过程的生成和模拟。能够更好的模拟自然降雨过程，对流域产汇流过程、缺资料地区水文水资源研究、检验和优化水文站网配置、智慧流域研究等诸多领域具有重要的科学研究和实际应用价值。为区域水文模拟研究和生产应用提供科学工具。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。图1是本发明的实施例一所述系统的原理示意 图2是本发明的实施例一所述模拟降雨子系统的原理示意 图3是本发明的实施例二所述喷洒单元阵的排布示意 图4是本发明的实施例三所述喷头的排布示意 图5是本发明的实施例四所述的遮雨棚示意 图6是本发明的实施例四所述的遮雨棚示意图，是图5中A点的放大图。
具体实施例方式实施例一:
本实施例是一种区域降雨过程的模拟系统，如图1所示。本实施例包括:水文气象数据库，所述的水文气象数据库与降雨过程生成子系统连接，所述的降雨过程生成子系统与降雨过程控制子系统连接，所述的降雨过程控制子系统与模拟降雨子系统连接，所述的降雨过程控制子系统与安装在区域物理模型上的多个雨量传感器连接(限于做图的限制，图1中仅绘制了 10个雨量传感器，在实际中每个喷洒单元都应当至少有一到两个雨量传感器)。降雨过程控制子系统可以是通用计算机或工业控制计算机等具有控制和处理能力计算机系统。所述水文气象数据库包括:区域气候模型数据库和站点资料数据库。所述的降雨过程生成子系统包括:区域气候模型、站点资料插值装置、尺度转换装置。所述的模拟降雨子系统包括:供水装置、喷洒装置；所述的喷洒装置由多个安装在模拟区域物理模型上空的喷洒单元组成，所述的喷洒单元纵横排列形成喷洒单元阵(图1中绘制了一个10X10的喷洒单元阵，实际中可以有更多或少于这个数量的喷洒单元阵)。所述区域气候模型数据库储存了区域气候模型运行所需的各种数据，这些数据的来源主要是依据所采用的气候模式维护网站专有数据库建立的服务于指定区域自然降水模拟的数据库。区域气候模型是一种数值天气预报模式，这种模式的坚实物理基础在于依据大气运动的普遍物理规律对区域天气系统进行模拟，能够提供比较全面的大气要素数据。但是由于大气运动异常复杂，数值天气预报模式只能是大气运动方程组的一种简化，其预报结果仍然存在误差。尽管如此，数值天气预报作为区域定量降雨预报的一种先进方法，已经受到科学界的充分重视和研究，RegCM, T213L31、丽5以及WRF等数值天气预报模式已经在科学研究和实践中发挥了重要的作用。在气候数据库的驱动下不仅可以实现对过去、现在的区域降雨过程模拟，而且可以实现对未来降雨过程的模拟预报。水文气象数据库可以是带有服务器的大型存储器，也可以是通过网络连接的网上数据库，也可以是通用计算机中的存储器。本实施例所述数值天气预报模式可以选用中国国家气象中心T213L31模式和HALFS模式、日本模式(JMA/GSM)、德国模式(DWD/GRE)、美国环境预测中心(NCEP)及美国国家大气研究中心(NCAR)的MM5和WRF模式等。其中，WRF模式(Weather Research andForecasting Model)的研究和应用前景最为突出。WRF是由美国国家大气研究中心(NCAR)中小尺度气象处、国家环境预报中心(NCEP)环境模拟中心、预报系统实验室(FSL)的预报研究处和奥克拉荷马大学的风暴分析预报中心(CAPS)四单位联合开发的一种统一的中尺度数值天气预报模式，由美国国家自然科学基金和国家海洋大气局(NOAA)共同支持。该模式的开发计划于1997年开始建立，2000年发布第一版，并在此后多次发布改进版本。目前最新版为V3.4.1,于2012年8月16日免费对外发布。WRF模式分为ARW(Advanced ResearchWRF)和NMM (Nonhydrostatic Mesoscale Model)两种，即研究用和业务用两种形式,分别由NCEP和NCAR进行管理维护。本实施例所述的站点资料数据库的资料内容主要由雨量站、水文站、气象站等的自然环境观测站点所收集的资料构成。其数据来源可以是水文年鉴、国家级的气象科学数据共享服务网、以及自有观测站点的数据等。本实施例所述的降雨过程生成子系统通过调用区域气候模型数据库中数值天气预报模式的过去、现在、未来预测以及设定的数据，实现对研究区域内不同时间降雨过程的模拟，得出需要的模拟降雨过程(本实施例所述的研究区域指的是实际地面真实尺度的被研究区域，简称为研究区域，经过尺度转换后与物理模型尺度一个的区域称为模拟区域)。通过对站点资料的分析并利用站点资料修正和补充区域气候模型中的空白或误差。降雨过程生成子系统可以普通PC，也可以是服务器、工作站等小型或中型计算机系统。站点资料通常情况下比区域气候模型更加精确和直接，但由于经济、社会和自然地理条件等原因，站点的位置分布、布设时间等往往难以直接满足研究区域降雨过程模拟的需要。在研究区域站点数据较为充足的情况下，为使密集程度均匀，本实施例设置了站点资料插值装置。站点资料插值装置是利用泰森多边形法、距离平方反比法、克里金插值法对站点数据进行插值，从而再现指定区域指定时间内自然降雨过程。自然降雨过程的模拟还需要将研究区域划分为与模拟区域相同的纵横网格的区域单元，形成雨强模拟矩阵，这样才能在不同的矩阵单元产生不同的雨强变化，模拟在同一时间的不同空间或者不同时间的同一空间的雨强变化。尺度转换装置是利用尺度转换方法将区域气候模型或经过插值处理的研究区域在指定时间段的降雨过程转换为模拟降雨子系统的降雨过程控制文件的模块。换句话说就是将实际尺度的研究区域的降雨过程缩小为物理模型尺度的模拟区域内的模拟降雨过程。这一过程不是简单的区域尺寸按比例缩小，一方面要依据不同的研究目的和试验设计进行区域降雨参数的尺度转换。尺度转换具体内容为以系统喷洒单元的喷头压力-雨强-雨滴谱关系为基础，将研究区域降雨过程转换为模拟降雨系统控制参数，这些控制参数按照试验需求的不同，可以包括雨强、雨量、降雨时间、雨滴动能、雨滴谱构成等。另一方面要经过精确的计算，精细的简化，尽可能的减小在比例转换过程中对原始数据的修改误差，最大程度的模拟实际尺度的降雨过程。经过尺度缩小和修正后，尺度转换装置将模拟区域的模拟降雨过程转换为降雨过程控制子系统所需要的降雨过程控制文件。降雨过程控制子系统依据降雨过程控制文件，对试验区域内喷洒单元阵进行雨强变化控制，模拟研究区域内的雨能变化和雨滴谱变化，实现对模拟区域内某一时间段的降雨过程的模拟。所述的降雨过程控制文件将模拟区域内的雨强变化分配在各个与喷洒单元对应的雨强模拟矩阵中，然后将雨强变化矩阵中的单元要素与喷洒单元阵中的各个喷洒单元对应，再计算各个喷洒单元随时间变化的喷洒量，包括雨滴谱和雨能随时间的变化量，再将各个喷洒单元的喷洒量记录在降雨过程控制文件中。降雨过程控制子系统可采用中央分步式控制方式，也可以采用直接控制方法。所述的直接控制方式就是降雨过程控制子系统直接对模拟降雨子系统的各个喷洒单元进行控制。而中央分布式控制方式则是设立中央控制中心，在中央控制中心自动调控喷洒单元阵中上百个喷洒单元子系统的所有电器调控部件，即由中央控制器向各个子系统控制器下达指令，再由子系统控制器执行操作。降雨过程可以由手动控制、计算机监控状态下的手动操作和计算机自动控制3种方式，以满足不同的控制需要。能够实现每个喷洒单元所覆盖的实验模型的小区中的降雨过程曲线实时动态绘制与现实及降雨历史数据的实时动态显示，并能实现历史数据的存储与下载。中央控制中心可以实时动态显示降雨模拟过程，并能实现历史数据的存储与下载，自动动态测量并记录降雨过程的雨滴谱和雨能。降雨过程控制子系统可以是通用计算机或工业控制计算机等具有控制和处理能力计算机系统。所述的模拟降雨子系统包括供水装置、喷洒装置1，如图2所示(图2中虚线框住的部分表示一个喷洒单元，由于做图的限制，图3中画出了一个喷洒单元的三个喷头)。供水装置由储水池3、水泵4和管路6组成，配有流量调节阀2压力传感器5，以及控制各个喷头的开关阀7，供给喷洒装置充足的水量。供水装置还可以包含有循环过滤装置，使喷洒后的水流经过过滤后回到储水池中继续使用，以节约资源。喷洒装置主要由许多个喷洒单元组成。喷洒单元的个数一般有上百个甚至上千个。其数量的多少根据实验设备的制造成本和精度确定。因为喷洒单元是硬件，设备一旦安装就位，其喷洒单元的数量就固定了，无法更改。喷洒单元越多则实验设备的精度越高，但成本也越高，反之喷洒单元的数量越少则精度越低，成本也降低。喷洒单元阵中各个喷洒单元可以按照纵横对齐的矩阵排列，也可以采用菱形的交错排列。矩阵排列的优点是:各个喷洒单元可以与雨强变化矩阵中的矩阵单元要素一一对应，十分方便。喷洒单元的菱形交错排列可以获得较均匀的降雨模拟。喷洒单元由喷头组组成。在实验中不但要模拟雨量的大小，还要模拟雨滴的大小，即所述的雨滴谱，因此，需要有各种不同的规格的喷头组成喷头组模拟各种大小不同的雨滴。喷头组一般由两到五个喷头组成，每个喷头可以在水压变化的情况下喷出一定范围内的雨滴，各个喷头喷出大小不同范围的雨滴，形成完整的雨滴谱。同时每个喷头所喷洒的面积也不同，这样可以根据需要使多个喷头组的喷洒面积重叠，增加同一面积内的喷洒量和喷洒均匀度。喷头可以先用各种具有喷出水滴的喷头，例如:花园使用的喷头、喷灌使用的喷头等。喷头的选用应当满足均匀可靠，防锈防堵，低维护等要求，重要的在于选用在模拟降雨过程中能均匀、稳定的喷洒，与自然降雨相似。在物理模型上要安装检测雨量的传感器，实时动态测量喷洒单元所喷出的模拟降雨雨量值以此反馈调控喷洒量，使降雨模型设定值与试验现场实际降雨(喷洒)值一致。传感器可以是各种雨量计，精确的监测雨量。本实施例所述的喷洒单元阵即可以安装在露天也可以安装在专门的实验大厅中。喷洒单元阵的下方通常要设置模拟区域的物理模型。物理模型是根据模拟区域的地形、地貌、植被、土壤、地下水等状况按比例缩小而制作的实体模型，可以模拟该地区对各种雨量的反应状况。物理模型是硬件，一旦制作成型就无法改变，其尺寸是固定的，将影响尺度转换装置将研究区域的尺度转换为模拟区域的尺度的转换计算。在实验大厅中可以安装与降雨控制子系统连接的大屏幕显示器，实时动态显示降雨试验现场的实际降雨值分布及相关信息，以便试验现场及时参考。在实验过程中的降雨过程变化曲线及降雨历史数据可以作为数据记录下来以备进行分析研究。由于水流流动的滞后性，当开始模拟降雨和停止模拟降雨的时候，水流不会立刻停止，总是有一些不符合要求的水流出现。为使降雨模拟十分精确，可以在喷洒单元阵和物理模型之间设置可以快速收放折叠的遮雨槽。遮雨槽打开的时候，遮挡在喷洒单元与物理模型之间，使喷洒单元喷出的水流不会喷在物理模型上，遮雨槽折叠收起的时候不影响喷洒单元喷出的水流喷洒在物理模型上。在开始模拟降雨之前，先打开遮雨槽，然后启动喷洒单元进行喷洒，这时喷洒单元喷洒出的水流不会喷洒在物理模型上，而是顺着遮雨槽流回储水池。当喷洒的水流达到设定的要求后，再折叠收起遮雨槽，使喷洒单元对物理模型进行喷洒，模拟降雨过程开始。当模拟降雨结束的时候，首先打开遮雨槽，遮挡喷洒单元喷出的水流，模拟降雨过程的结束。这样利用遮雨槽的打开和折叠收起，可以精确的模拟降雨过程的开始和结束。实施例二:
本实施例是实施例一改进，是实施例一关于喷洒单元阵的细化。本实施例喷洒单元阵中，相邻的四个喷洒单元成菱形排列，喷洒单元阵整体成纵横交错排列，如图3所示。本实施例所述喷洒单元阵的排列是一种横排对齐，而纵排交错排列，或者是纵排对齐，横排交错排列的形式(图3是纵排对齐，横排交错排列的形式)。图中实线小圆圈表示喷洒单元，大虚线圆圈表示一个喷洒单元的喷洒范围，相邻的四个喷洒单元形成菱形，如图3左上角的粗点划线框所示。相邻的几个喷洒单元的喷洒范围互相重叠，整体上在中间形成均匀的喷洒区域，如图3中用粗实线框住的部分。实施例三:
本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于喷洒单元的细化，如图4所示。本实施例所述的喷洒单元由大102、中103和小101三种规格的喷头围成一个等边三角形，组成一个三个喷头的喷洒单元。本实施例所述的三个喷头可以喷出不同大小的雨滴，组成完整的雨滴谱，可以模拟各种自然的降雨过程。等边三角形的排布是为了三个喷头的喷洒区域相互重叠，并且不互相干扰。喷洒时可以根据需要开启一个、两个或三个喷头，形成不同的雨强和雨滴谱。实施例四:
本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于喷头的细化。本实施例所述的喷头可以选择垂直螺旋下喷式喷头。这是一种水出口带有旋转叶片的喷头。当水从出水口喷出时，由于压力和重力的作用，冲击出水口上的叶片，叶片旋转，将水流打散，形成水滴，模拟降雨的水滴。实施例五:
本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例的细化，如图5、6所示。本实施例所述的喷洒单元阵10的下方设有自动遮雨槽9。本实施例所述的自动遮雨槽设置在物理模型8和喷洒单元之间，如图5所示。自动遮雨槽是一个成条形的槽，图6表示的是槽的横截面形状，可以折叠收放，图6中虚线表示的是槽折叠收起的状态，实线表示的是槽打开的状态。槽的打开和收起可以用电机带动，打开和收起应当尽可能的快，以便尽量模拟真实降雨的起始或结束。由于做图的限制，图中只能画出两折叠槽，实际中可以有多个折叠槽。实施例六:
本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于雨量传感器的细化，本实施例所述的雨量传感器是无线自动雨量计。实施例七:
本实施例是一种使用上述实施例所述系统进行区域降雨过程模拟的方法，所述方法的步骤如下:
选择区域气候模型的步骤:用于根据要求在区域气候模型数据库中选择研究区域的气候模型。正确选择气候模型十分重要，其要点是模型必须足够精确，但还要符合成本的要求，以及依据模型的区域适应性和已有的用于校核的数据情况。首先，根据已有的研究进行模型的可获取性及区域适应性分析。选取易于获得完整代码的区域气候模型，并分析其物理过程参数化方案是否适应研究区域的气象特点及模拟要求。其次，根据已有的研究进行模型的模拟能力及实用性分析。选取模型原理先进、模拟效果良好且计算速度达标的区域气候模型，并根据站点资料数据库中相应的实测降雨过程对模型参数进行反复率定，从而保证模型的模拟精度。查找站点气候资料的步骤:用于在站点资料数据库中查找所述研究区域的站点气候资料。根据研究时段和研究区域选择站点的气象资料，包括降雨、气温、风速及湿度等，并将气象要素赋值到每个时刻，用以明确观测到的气象过程。构建准确模拟降雨过程初步方案的步骤:用于根据研究区域的气候模型和站点的降雨资料，构建过去或未来某一时段的降雨过程模型，或者构建正在进行的降雨过程模型；将研究区域空间上的降雨过程划分为纵横排列的雨强矩阵，根据研究区域的气候模型和站点的降雨资料，特别是站点的降雨资料，没有站点降雨资料的位置应计算插值，计算雨强矩阵各矩阵单元随时间变化的降雨量和变化量以及雨滴的大小和变化量，形成准确模拟降雨过程初步方案。对于具有较完整站点降雨资料的研究区域和时段，优先使用站点的降雨资料，对研究区域对应的雨强矩阵的单元进行插值计算；对于无实测站点降雨资料或者站点降雨资料不全的模拟区域和时段，采用气候模拟对应时段模拟区域的降雨情况，并插值到对应的雨强矩阵单元上。尺度转换的步骤:用于将准确模拟降雨过程初步方案中所述研究区域的真实尺度转换为物理模型的模拟区域尺度，包括将雨强矩阵按照尺度转换系数转换为雨强模拟矩阵，完成准确模拟降雨过程方案。尺度转换是在实际降雨过程还原的基础上，按照具体的试验目的确定模拟降雨系统降雨过程控制文件的过程。进行尺度转换主要考虑的准则有:能量准则、水量准则等。转换主要是通过模型尺度转换系数及其系数调整进行确定。如研究降雨过程中伴随的土壤侵蚀与地表物质输移，由于土壤剥离和物质输移主要受雨滴能量影响，这是主要考虑降雨过程中单位面积上的降雨能 量的相似分布；如研究缺资料地区水文过程时，需要得到指定频率降雨条件下，研究区域产汇流过程，这时主要考虑的是产汇流过程中指定河段的水位变化过程，主要考虑降雨时段内降水量的相似分布。依据不同的研究目的和试验设计进行区域降雨参数的尺度转换，即根据不同研究目的设置不同的尺度转换系数进行尺度转换。尺度转换具体内容为以系统喷洒单元的喷头压力-雨强-雨滴谱关系为基础，将研究区域降雨过程转换为模拟降雨系统控制参数，这些控制参数按照试验需求的不同，可以包括雨强、雨量、降雨时间、雨滴动能、雨滴谱构成等。在空间上，首先需要根据模拟区域与研究区域的几何尺度转换系数对模拟降雨面积进行比例尺转换:
权利要求
1.一种区域降雨过程的模拟系统，其特征在于，包括:水文气象数据库所述的水文气象数据库与降雨过程生成子系统连接，所述的降雨过程生成子系统与降雨过程控制子系统连接，所述的降雨过程控制子系统与模拟降雨子系统连接；所述水文气象数据库包括:区域气候模型数据库和站点资料数据库；所述的降雨过程生成子系统包括:区域气候模型、站点资料插值装置、尺度转换装置；所述的模拟降雨子系统包括:水量喷洒控制装置、供水装置、喷洒装置和安装在区域物理模型上的传感器；所述的喷洒装置由多个安装在模拟区域物理模型上空的喷洒单元组成，所述的喷洒单元纵横排列形成喷洒单元阵。
2.根据权利要求1所述的模拟系统，其特征在于，所述的喷洒单元阵中，相邻的四个喷洒单元成菱形排列，喷洒单元阵整体成纵横交错排列。
3.根据权利要求1或2所述的模拟系统，其特征在于，所述的喷洒单元由大中小三种规格的喷头围成一个等边三角形三个喷头组成。
4.根据权利要求3所述的模拟系统，其特征在于，所述的喷头是垂直螺旋下喷式喷头。
5.根据权利要求1所述的模拟系统，其特征在于，所述的喷洒单元阵的下方设有自动遮雨槽。
6.根据权利要求1所述的模拟系统，其特征在于，所述的雨量传感器是无线自动雨量计。
7.一种使用权利要求1所述系统进行区域降雨过程模拟的方法，所述方法的步骤如下: 选择区域气候模型的步骤:用于根据要求在区域气候模型数据库中选择模拟区域的气候模型； 查找站点气候资料的步骤:用于在站点资料数据库中查找所述模拟区域的站点气候资料； 其特征在于: 构建准确模拟降雨过程初步方案的步骤:用于根据研究区域的气候模型和站点的降雨资料，构建过去或未来某一时段的降雨过程模型，或者构建正在进行的降雨过程模型；将研究区域空间上的降雨过程划分为纵横排列的雨强矩阵，根据研究区域的气候模型和站点的降雨资料，特别是站点的降雨资料，没有站点降雨资料的位置应计算插值，计算雨强矩阵各矩阵单元随时间变化的降雨量和变化量以及雨滴的大小和变化量，形成准确模拟降雨过程初步方案； 尺度转换的步骤:用于将准确模拟降雨过程初步方案中所述研究区域的真实尺度转换为物理模型的模拟区域尺度，包括将雨强矩阵按照尺度转换系数转换为雨强模拟矩阵，完成准确模拟降雨过程方案； 模拟降雨的步骤:用于所述的降雨控制子系统将准确模拟降雨过程方案中的雨强模拟矩阵的各个矩阵单元与喷洒单元阵中的各个喷洒单元对应，根据准确模拟降雨过程方案控制喷洒单元喷洒作业，并根据传感器监测喷洒过程是否符合准确模拟降雨过程方案。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的尺度转换的步骤中，对于单一地形的物理模型试验，经过空间尺度转换后取得的降雨过程直接用于模拟降雨过程。
9.根据权利要求 7所述的方法，其特征在于，所述的尺度转换的步骤中，对于研究流域产汇流过程物理模型试验，所述的尺度转换系数为:
全文摘要
本发明涉及一种区域降雨过程的模拟系统，包括水文气象数据库、降雨过程生成子系统、降雨过程控制子系统、模拟降雨子系统。还包括区域气候模型数据库和站点资料数据库；区域气候模型、站点资料插值装置、尺度转换装置；水量喷洒控制装置、供水装置、喷洒装置和安装在区域物理模型上的传感器；喷洒单元纵横排列形成喷洒单元阵。本发明通过集成水文气象数据库、降雨过程生成系统、降雨过程控制系统和多个模拟降雨单元，实现对指定区域内过去、现在和未来的降雨过程的生成和模拟。能够更好的模拟自然降雨过程，对流域产汇流过程、缺资料地区水文水资源研究、检验和优化水文站网配置、智慧流域研究等诸多领域具有重要的科学研究价值。为区域水文模拟研究和应用提供科学工具。
文档编号B05B12/00GK103143465SQ20131005832
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月25日 优先权日2013年2月25日
发明者龚家国, 王浩, 秦大庸, 贾仰文, 郝春沣, 刘家宏, 杨贵羽, 冶运涛, 丁相毅 申请人:中国水利水电科学研究院