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降雨是云内微物理过程与大气运动相互作用的产物，通过对降水粒子特性的分析，可了解发生降水时的云内动力过程和降水元的形成、增长、破碎和蒸发的微物理过程。同时雨滴谱的观测在人工影响天气的检验、雷达定量估测降水以及水土保持技术的研究等方面都有着广泛的应用。近年来随着光学传感技术和其它信息技术的飞速发展，利用各种光电设备实现对降水粒子的自动探测技术不断涌现，并且逐渐成为探测降水的主流方向之一。本论文针对目前常用的雨滴谱观测和获取方法存在的问题，提出了一种基于数字摄像机的地面雨滴谱观测技术和方法。该技术和方法实现了雨滴谱从原始资料获取到最后资料的统计分析整个过程的自动化，具有简单易行、准确性高和适时性强等特点。为了实现应用数字摄像机自动观测和分析地面雨滴谱，本论文主要做了以下几方面工作:
(1)设计并实现了亮背景-面阵成像的雨滴观测方案，能够直接获取处于自然下落状态的雨滴的清晰图像，便于雨滴特征的后续分析。
(2)针对采集到的雨滴图像的特点，引入了图像处理和计算机视觉领域的经典算法，设计并编写了地面雨滴谱的自动采集、智能识别和分析的软件，实现了对地面雨滴从观测到数据处理分析的全过程自动化。
(3)为了确定本论文设计的地面雨滴谱采集系统获取的数据的准确性，本论文采用标准大小的钢珠模拟降水粒子，对系统的误差范围进行了标定。
(4)最后给出了应用本论文设计的采集系统对2012年11月03日（北京时）和2013年03月19日的两次层状云降水过程的观测和分析结果，初步分析了这两次层状云降水的特点。结果表明:这两次层状云降水的降水粒子直径普遍较小，雨滴谱分布符合经典的M-P分布。