[发明专利]一种区域降雨过程的模拟系统和方法

说明书

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。