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[科普知识] 降雨的形成和分类

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发表于 2010-6-4 15:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
降水是指在大气中冷凝的水汽以不同方式下降到地球表面的天气现象。常见的降水形式有雨、雪、雹等,其中以雨雪的形式为主,本文主要介绍降雨的形成和分类。

形成机理

降雨的形成其实就是云滴增大为雨滴并降至地面的过程。(通常把半径小于100μm的水滴称为云滴,半径大于100μm的水滴称雨滴。标准云滴半径为10μm,标准雨滴半径为1000μm,从体积来说,半径1mm的雨滴约相当于100万个半径为10μm的云滴)。


使云滴增大的过程主要有二:一为云滴凝结或凝华增长。一为云滴相互冲并增长。实际上,云滴的增长是这两种过程同时作用的结果。

凝结或凝华增长过程是指云滴依靠水汽分子在其表面上凝聚而增长的过程。在云的形成和发展阶段,由于云体继续上升,绝热冷却,或云外不断有水汽输入云中,使云内空气中的水汽压大于云滴的饱和水汽压,因此云滴能够由水汽凝结而增长。但是,不论是凝结增长过程,还是凝华增长过程,都很难使云滴迅速增长到雨滴的尺度,而且它们的作用都将随云滴的增大而减弱。可见要使云滴增长成为雨滴,势必还要有另外的过程,这就是冲并增长过程。

云内的云滴大小不一,相应地具有不同的运动速度。大云滴下降速度比小云滴快,因而大云滴在下降过程中很快追上小云滴,大小云滴相互碰撞而粘附起来,成为较大的云滴。在有上升气流时,当大小云滴被上升气流向上带时,小云滴也会追上大云滴并与之合并,成为更大的云滴。云滴增大以后,它的横截面积变大,在下降过程中又可合并更多的水云滴。有时在有上升气流的云中,当大小水滴被上升气流挟带而上升时,小水滴也可以赶上大水滴与之合并。由于冲并作用,雨滴不断增大,当雨滴增大到一定的程度时不能克服空气阻力和上升气流的顶托下降到地面就形成了降雨。

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 楼主| 发表于 2010-6-4 15:51 | 显示全部楼层
降雨的类型。
依据造成空气上升运动的成因,可把降雨分成对流雨、地形雨、锋面雨和台风雨四种类型。


对流雨
对流雨是由于高空和地面的空气对流强烈,地面热空气对流上升冷却过程中形成的降雨,一般在热带地区的午后比较常见。其形成的条件是:空气湿度很高,近地面气层强烈受热,造成不稳定的对流运动,气块强烈上升,气温急剧下降,水汽迅速达到饱和而产生对流雨。这类降水多以暴雨形式出现,并伴随雷电现象,所以又称热雷雨。从全球范围来说,赤道带全年以对流雨为主,通常只见于夏季。在中高纬度,对流雨主要出现在夏半年,冬半年极为少见。
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 楼主| 发表于 2010-6-4 15:54 | 显示全部楼层
地形雨

气流沿山坡被迫抬升引起的降水现象,称地形雨。暖湿气流在前进中,遇到较高的山地阻碍被迫抬升,因高度上升,绝热冷却,在达到凝结高度时,便产生凝结降水。地形雨多发生在山地迎风坡,世界年降水量最多的地方基本上都和地形雨有关。背风侧,因水汽含量已大为减少,更重要的是气流越山下沉,绝热增温,气温升高,发生焚风效应。所以背风侧降水很少,形成雨影区。

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 楼主| 发表于 2010-6-4 15:56 | 显示全部楼层
锋面雨

锋面活动时,暖湿空气中上升冷却凝结而引起的降水现象,称锋面雨。锋面雨又分为冷锋降雨和暖锋降雨,锋面在移动过程中,冷气团起主导作用,推动锋面向暖气团一侧移动的称为冷锋,冷锋降雨一般出现在锋后。锋面在移动过程中,若暖气团起主导作用,推动锋面向冷空气一侧移动,这种锋面称为暖锋。在我国暖锋常出现于气旋中心的东侧,而且多与冷锋成对出现,暖锋降雨一般出现在锋前。锋面常与气旋相伴而生,所以又把锋面雨称为气旋雨。锋面有系统性的云系,但是并不是每一种云都能产生降水的。锋面雨主要出现在中纬度地区。
锋面雨主要产生在雨层云中,在锋面云系中雨层云最厚,又是一种冷暖空气交接而成的混合云,其上部为冰晶,下部为水滴,中部常常冰水共存,能很快引起冲并作用,因为云的厚度大,云滴在冲并过程中经过的路程长,有利于云滴增大,雨层云的底部离地面近,雨滴在下降过程中不易被蒸发,很有利于形成降水。雨层越厚,云底距离地面越近,降水就越强。
锋面降水的特点是:水平范围大,常常形成沿锋而产生大范围的呈带状分布的降水区域,称为降水带。随着锋面平均位置的季节移动,降水带的位置也移动。例如,我国从冬季到夏季,降水带的位置逐渐向北移动,5月份在华南,6月上旬到南岭-武夷山一线,6月下旬到长江一线,7月到淮河,8月到华北,从夏季到冬季,则向南移动,在8月下旬从东北华北开始向南撤,9月即可到华南沿海,所以南撤比北进快得多。

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 楼主| 发表于 2010-6-4 15:58 | 显示全部楼层
台风雨

台风活动带来的降水现象,称为台风雨。台风云系有一定规律,台风中的降水分布在海洋上也很有规律,但是在台风登陆后,由于地形摩擦作用,就不那么有规律了。例如台风中有上升气流的整个涡旋区,都有降水存在,但是以上升运动最强的云墙区降水量最大,螺旋云带中降水量已经减少,有时也形成暴雨,台风眼区气流下沉,一般没有降水。
台风区内水汽充足,上升运动强烈,降水量常常很大,台风到来,日降水量平均在800毫米以上,强度很大,多属阵性,台风登陆常常产生暴雨,少则200~300毫米,多则在1000以上。台风登陆后,若维持时间较长,或由于地形作用,或与冷空气结合,都能产生特大暴雨。我国东南沿海,是台风登陆的主要地区,台风雨所占比重相当大。

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 楼主| 发表于 2010-6-4 16:25 | 显示全部楼层
降雨等级(降雨强度)分为:小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨。  

我国气象部门一般采用的降雨强度标准为:   
1、小雨:12小时内雨量小于5毫米,或24小时内雨量小于10毫米;   
2、中雨:12小时内雨量为5-14.9毫米,或24小时内雨量为10-24.9毫米;   
3、大雨:12小时内雨量为15-29.9毫米,或24小时内雨量为25-49.9毫米。   
暴雨的定量标准,各地并不一致,视具体情况而定。气象上大致规定暴雨按强度分三级:   
1、暴雨:12小时雨量等于和大于30毫米,或24小时雨量等于和大于50毫米;   
2、大暴雨:12小时雨量等于和大于70毫米,或24小时雨量等于和大于100毫米;   
3、特大暴雨:12小时雨量等于和大于140毫米,或24小时雨量等于和大于250毫米。


短时暴雨:1小时雨量大于或等于20毫米。
发表于 2010-6-4 22:07 | 显示全部楼层
很好很强大,期待LZ再说一下各种固体降水,比如冰雹,降雪等,然后做一下横向比较:y4

相关内容见:对于冰粒和降雪差异原因之探究
 楼主| 发表于 2010-6-4 23:58 | 显示全部楼层
上面所列举的降雨是降水当中的一种主要形式,即液态降水,而我们知道在冬季我国南岭以北的地区则会出现另外一种降水形式,即固态降水——雪,而夏半年的强对流天气则会出现另外一种固态降水——冰雹。那么它们又是怎样形成呢?
我们知道云的组成不止由水滴(云滴和雨滴)构成,还有很多小冰晶,这主要是云层所处的高度不同,即所处温度的不同,按照组成成分的不同可以把云分为以下三类:

由液态水滴(包括过冷却水滴)所组成的云体称为水成云。

由冰晶组成的云体称为冰成云。冰成云中的小冰晶在相互碰撞时,冰晶表面会增热而有些融化,并且会互相沾合又重新冻结起来。这样重复多次,冰晶便增大了。另外,在云内也有水汽,所以冰晶也能靠凝华继续增长。

由水滴(主要是过冷却水滴)和冰晶共同组成的云称为混合云。当一团空气对于冰晶说来已经达到饱和的时候,对于水滴说来却还没有达到饱和。这时云中的水汽向冰晶表面上凝华,而过冷却水滴却在蒸发,这时就产生了冰晶从过冷却水滴上“吸附”水汽的现象。在这种情况下,冰晶增长得很快。另外,过冷却水是很不稳定的。一碰它,它就要冻结起来。所以,在混合云里,当过冷却水滴和冰晶相碰撞的时候,就会冻结沾附在冰晶表面上,使它迅速增大。


由上面可知,水成云内如果具备了云滴增大为雨滴的条件,并使雨滴具有一定的下降速度,这时降落下来的就是雨。而从冰成云或混合云中降下的冰晶或雪花,如果下落到0℃以上的气层内,融化以后也成为雨滴下落到地面,也形成降雨。而当云下气温低于0℃时,雪花可以一直落到地面而形成降雪。如果云下气温高于0℃时,则可能出现雨夹雪。而当云下气温高于0℃而近地面层气温低于0℃时,则会出现另外一种固态降水——冰粒。有关于降雪和冰粒之间的区别可以参考LS所推荐的文章。
 楼主| 发表于 2010-6-5 00:13 | 显示全部楼层
下面介绍另外一种固态降水——冰雹,大家知道冰雹一般出现在强对流天气中,即冰雹来自对流特别旺盛的对流云(积雨云)中。

我们知道强烈发展中的积雨云的云顶很高,可达10公里左右,云体十分高大,云中有强烈的上升气体,云内有充沛的水分,这种云通常也称为冰雹云。冰雹云是由水滴、冰晶和雪花组成的。一般为三层:最下面一层温度在0℃以上,由水滴组成;中间温度为0℃至-20℃,由过冷却水滴、冰晶和雪花组成;最上面一层温度在-20℃以下,基本上由冰晶和雪花组成。

在冰雹云中强烈的上升气流携带着许多大大小小的水滴和冰晶运动着,其中有一些水滴和冰晶并合冻结成较大的冰粒,这些粒子和过冷水滴被上升气流输送到含水量累积区,就可以成为冰雹核心,这些冰雹初始生长的核心在含水量累积区有着良好生长条件。雹核在上升气流携带下进入生长区后,在水量多、温度不太低的区域与过冷水滴碰并,长成一层透明的冰层,再向上进入水量较少的低温区,这里主要由冰晶、雪花和少量过冷水滴组成,雹核与它们粘并冻结就形成一个不透明的冰层。这时冰雹已长大,而那里的上升气流较弱,当它支托不住增长大了的冰雹时,冰雹便在上升气流里下落,在下落中不断地并合冰晶、雪花和水滴而继续生长,当它落到较高温度区时,碰并上去的过冷水滴便形成一个透明的冰层。这时如果落到另一股更强的上升气流区,那么冰雹又将再次上升,重复上述的生长过程。这样冰雹就一层透明一层不透明地增长;由于各次生长的时间、含水量和其它条件的差异,所以各层厚薄及其它特点也各有不同。最后,当上升气流支撑不住冰雹时,它就从云中落了下来,成为我们所看到的冰雹了。


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发表于 2010-6-8 09:49 | 显示全部楼层
台风眼壁附近是上升气流,周围是下沉气流...
5楼的那个图让人会有点误解...
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组图打开中,请稍候......

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