風場影響降雨量之CFD模擬

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Title:	風場影響降雨量之CFD模擬 The Impact of Wind Field on Rainfall Measurement - Computational Fluid Dynamics (CFD) Simulation
Authors:	盛皓平 SHENG, HAO-PING
Contributors:	地學研究所大氣科學組
Keywords:	Parsivel 雨量筒計算流體力學 scSTREAM 角隅流
Date:	2025
Issue Date:	2025-03-14 15:04:31 (UTC+8)
Abstract:	在大氣觀測中，降雨量是個較難準確量測的氣象參數，其變異性較大且代表性非常局部，降雨量數值的準確性會受量測儀器的準確性及四周環境的影響之外，同樣的雨滴分布，在不考慮其他的因素影響之下，若風速不同，雨量器量到的雨量也有所不同，特別是在高風速條件下，風速會改變更多雨滴的運動軌跡，導致觀測數值受到影響，因此，本研究探討風場對降雨量測的影響，並利用計算流體動力學（CFD）模擬分析不同風向風速和雨滴尺寸條件下的雨量筒與光學式雨滴譜儀（Parsivel）的偏差情形。本研究先透過SketchUp建立parsivel及雨量筒之3D模型，並使用計算流體力學(Computational Fluid Dynamics , CFD)之數值模擬，模擬不同風向及風速的風場在通過Parsivel及雨量筒後產生的擾流，接著透過模擬出的三維風場，並找出儀器感應面周圍的網格點，再使用4階的龍格-庫塔法進行雨滴掉落軌跡之追蹤，向上追蹤之該層高度並計算出其降雨面積，並探討不同風向、風速及雨滴粒徑大小對其降雨面積之差異性，再推算出Parsivel及雨量筒對於觀測數值產生的影響程度。結果呈現，風場干擾主要集中於儀器的感應區域範圍，紊流導致雨滴偏移加大，進而影響降雨強度的估算。雨滴分佈模擬結果呈現，Parsivel在頂風條件下不同風速( 2.5m/s、5.0m/s、7.5m/s、10.0m/s )的降雨高估幅度範圍為 1% ~31%；在45° 側風條件下，高估幅度為 0% ~15%；在90° 側風條件下則為低估，低估幅度範圍為 7% ~30%，而雨量筒皆為高估的高估幅度約為 1% ~6%。
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