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1、第三节 降 水,降水：从云中降到地面上的液态或固态水。 降水形态：雨、雪、霰、雹。（因云温、气流分布等差异） 降水性质：连续性、阵性降水。 连续性降水历时长，强度具有变化性，降水主要来自高层云和雨层云。 阵性降水历时短，强度大，具有突然性，降水来自浓积云和积雨云。 描述物理量：降水量、降水强度,2、连续性降水：多由0.32.0毫米中等大小的雨滴或雪花组成。降水强度为440/小时，雨量中等。雨滴的滴谱较宽一点，数密度较均匀，有连续的性质。连续性降水经常与暖锋或静止锋相联系，多半由高层云或雨层云中降落下来。,3、阵性降水：特点是强度很大，每小时可达200300，持续时间短，局地性很强。雨滴半径较大
2、，一般在1.53.5，雨滴谱较宽，数密度最小。一般形成于不稳定气团内部和强冷锋云系，从积雨云中降落下来。,1、毛毛雨：由大量的小雨滴和少量的小雪花组成，雨滴半径在0.050.25之间。降水强度不超过0.25毫米/小时。雨滴谱较窄，数密度很大。主要形成于稳定气团的内部，由层云和层积云中降落下来。,雨：自云体中降落至地面的液体水滴。 雪：从混合云中降落到地面的雪花形态的固体水。 霰：从云中降落至地面的不透明的球状晶体，由过冷却水滴在冰晶周围冻结而成，直径25mm。 雹：是由透明和不透明的冰层相间组成的固体降水，呈球形，常降自积雨云。,降水强度划分标准,一、云滴增长的物理过程 云滴：半径小于100u
3、m的水滴 雨滴：半径大于100um的水滴，小雨滴不能克服空气阻力和上升气流的顶托 (一)云滴凝结(或凝华)增长 冰晶效应、凝结增长、冷暖共存云滴 (二)云滴的冲并增长,只有当云滴增长到能克服空气阻力和上升气流的顶托，并且在降落至地面的过程中不致被蒸发掉时，降水才形成。标准雨滴半径为1000um。,（一） 云滴凝结（或凝华）增长 -云滴依靠水汽分子在其表面上凝聚而增长的过程。 当云体上升绝热冷却，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时，云滴就能够由水汽凝结（或凝华）而增长。 只有当云层内部存在着冰水共存、冷暖云滴、大小水滴共存的任一种条件时，产生水汽从一种云滴转化至
4、另一种云滴上的扩散转移过程，才能使凝结（或凝华）增长不断地进行。 冰水云滴共存的作用更为重要（饱和压差大）-冰晶效应 因需空气水汽补充，这种增长难以独立发展,（二）云滴的冲并增长,大小云滴之间发生冲并而合并增大的过程，称为冲并增长过程。,图3-13 大小水滴在下落过程中的冲并,云滴下降过程中，V大云滴V小云滴，大云滴很快追上小云滴，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， V小云滴 V大云滴，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小云滴。,冲并增长速度影响因素,水滴重力冲并增长的快慢程度与云中含水量及大
5、小水滴的相对速度成正比：云中含水量越大，大小水滴的相对速度越大，则单位时间内冲并的小水滴越多，重力冲并增长越快。 由于云中分子的不规则运动、云中空气的湍流混合、云滴带有正负电荷以及流体吸力等原因，也可引起云滴的相互冲并。,两种云滴增大过程在由云滴转化为降水的过程中始终存在。 但观测表明，在云滴增长的初期，凝结（凝华）增长为主，冲并为次。当云滴增大到一定阶段（一般直径达50-70m）后，凝结（或凝华）增长退居次要地位，而以重力冲并为主。 在低纬度地区，云中出现冰水共存的机会较少，形成所谓暖云（指整个云体的温度在00C以上，云体由水滴组成，又称为水成云）降水，这时冲并作用更为重要。,云滴增长中的链
6、锁反应,大水滴在空气中下降时不再保持球形，开始下降时，底部平整，上部因表面张力而保持原来的球形。 当水滴继续增大，在空气中下降时，还要受到周围作用在水滴上的压力以及因重力引起的水滴内部的静压力差，二者均随水滴的增长及下降而不断增大。 在三种力的作用下，水滴变形越来越剧烈，底部向内凹陷，形成一个空腔。空腔越变越大，越变越深，上部越变越薄，最后破碎成许多大小不同的水滴。 它们作为新一代的胚胎而增长，当大到临界半径后，再次破碎分裂而重复上述过程。 云中水滴增大破碎增大破碎的循环往复称之为“链锁反应”，有时也称为暖云（降水）的繁生机制。,雷阵雨：大量雨滴产生下降趋势，破坏云结构，使其不再持续,二、 雨
7、和雪的形成,（一） 雨的形成 （水成云、冰成云、混合云） 由液态水滴（包括过冷却水滴）所组成的云体称为水成云。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或毛毛雨。 由冰晶组成的云体称为冰成云，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。 从冰成云或混合云中降下的冰晶或雪花，下落到00C以上的气层内，融化以后也成为雨滴下落到地面，形成降雨。,在雨的形成过程中，大水滴起着重要作用。当水滴半径增大到23mm时，水分子间的引力难以维持这样大的水滴，在降落途中，就很容易受气流的冲击而分裂，通过“连锁反应”，使大水滴下降，小水滴继续存在，形成新的大
8、水滴。这是上升气流较强的水成云和混合云中形成雨的重要原因。,（二） 雪的形成,在混合云中，由于冰水共存使冰晶不断凝华增大，成为雪花。 当云下气温低于00C时，雪花可以一直落到地面而形成降雪。当云下气温高于00C时，则可能出现雨夹雪。 雪花的形状极多，有星状、柱状、片状等等，但基本形状是六角形。 eE面-柱状，eE边-片状， eE角-枝状或星状,雪花的形状之谜 雪花，呈六角形，花样繁多。 是因为冰的分子以六角形为最多，对于六角形片状冰晶来说，由于它的面上、边上和角上的曲率不同，相应地具有不同的饱和水汽压，其中角上的饱和水汽压最大，边上次之，平面上最小。 在相同实际水汽压条件下，由于冰晶各部分饱和
9、水汽压不同，其凝华增长的情况也不相同。,雪花不同形状的形成与水汽压 当实有水汽压仅大于平面的饱和水汽压时，水汽只在面上凝华，形成的是柱状雪花。 当实有水汽压大于边上的饱和水汽压时，边上和面上都会发生凝华。由于凝华的速度还与曲率有关，曲率大的地方凝华较快，故在冰晶边上凝华比面上快，多形成片状雪花。 当实有水汽压大于角上的饱和水汽压时，虽然面上、边上、角上都有水汽凝华，但尖角处位置突出，水汽供应最充分，凝华增长得最快，故多形成枝状或星状雪花。 加之冰晶不停地运动，它所处的温度和湿度条件也不断变化，这样就使得冰晶各部分增长的速度不一致，形成多种多样的雪花。,三、 各类云的降水,（一）层状云的降水 层
10、状云一般包括雨层云、高层云、卷层云和卷云。 卷层云中含水量较小，云底又高，所以除了高纬度地区的卷层云可以降微雪外一般是不降水的。 雨层云和高层云的降水与云厚和云高有密切关系，云愈厚、愈低，降水就愈强。雨层云比高层云的降水大得多，也主要是这个缘故。 降水性质：连续性的，持续时间长，降水强度变化小。,（二）积状云降水,积状云一般包括淡积云、浓积云和积雨云。 淡积云：云薄，云中含水量少，而且水滴又小，所以一般不降水。 浓积云：是否降水则随地区而异。在中高纬度地区，浓积云很少降水。在低纬度地区，可降较大的阵雨。 积雨云：能降大的阵雨、阵雪，有时还可下冰雹。（冰水共存的混合云，云的厚度和云中含水量都很大
11、，云中升降气流强，因此云滴的凝华增长和冲并作用均很强烈）。 积状云的降水是阵性的，这是因为它的水平范围小，另一方面是由于云中升降气流多变化。,（三） 波状云的降水,波状云：层积云、层云、高积云、卷积云 波状云含水量较小，厚度不均匀，所以降水强度较小，往往时降时停，具有间歇性。 波状层云只能降毛毛雨，层积云可降小的雨、雪和霰。高积云很少降水。 但在我国南方地区，由于水汽比较充沛，层积云可产生连续性降水，高积云有时也可产生降水。,四、 人工影响云雨,（一）人工影响冷云降水 在云内人工产生冰晶的方法有二种： 一种是在云中投入冷冻剂，如干冰（固体CO2，升华温度-79C，吸热）。 另一种方法是引入人工
12、冰核（凝华核或冻结核），目前人们认为碘化银是一种非常有效的冷云催化剂。 冰晶效应， 静力催化和动力催化（释热增温、上升气流）,（二）人工影响暖云降水,整个云体温度高于00C的云称为暖云。我国南方夏季的浓积云、层积云多属于这种云。 -云滴谱窄，无大水滴 人工影响暖云降水可以引入吸湿性核（如食盐）。 在美国、澳大利亚和我国都曾对暖云作过播撒大水滴的试验，用飞机从云顶或云下部撒水，其效能不如播撒吸湿性物质。,五、降水分布 影响因子：大气的运动、气团和锋带的活动以及海陆分布方面： 空气温度对大气最大水汽含量的限制； 纬向的水汽输送主要是由大气平流造成的； 海陆分布：海洋使得中纬度的风暴增加了纬向分布的降水平均值； 山区的分布对局地盛行风的影响，也制约着降水分布。,全球68月降水总量的分布,全球122月降水总量的分布,降水分布特点： 带状分布。掺杂以下三个主要特点： 有一个赤道降水最大值，其位置和热赤道一样略偏在北半球； 高纬度的降水总量很小； 在副热带纬度是一个次低值。,