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降水的形成與診斷
東莞天氣    2016-01-27 10:52:22

(一)一般降水的形成過程

   降水是大氣中的水的相變(水汽凝聚成雨雪等)過程。從其機制來分析,某一地區降水的形成,大致有三個過程。

   首先是水汽由源地水平輸送到降水地區,這就是水汽條件。

   其次是水汽在降水地區輻合上升,在上升中絕熱膨脹冷卻凝結成云,這就是垂直運動的條件。

   最后是云滴增長變為雨滴而下降,這就是云滴增長的條件。

   這三個降水條件中,前兩個是屬于降水的宏觀過程,主要決定于天氣學條件,下面將要詳細分析。第三個條件是屬于降水的微觀過程,主要決定于云物理條件。

   一般認為云滴增長的過程有兩種:一種是云中有冰晶和過冷卻水滴同時并存,在同一溫度下(以-10℃到-20℃為最有利),由于冰晶的飽和水汽壓小于水滴的飽和水汽壓,致使水滴蒸發并向冰晶上凝華,這種所謂的“冰晶效應”能促使云滴迅速增長而產生降水。另一種是云滴的碰撞合并作用。當云層較厚,云中含水量較大并有一定的擾動時,則有利于云滴的碰撞合并使云滴增大形成降水。上述兩種過程,對不同緯度,不同季節的降水,有著不同的作用。在中高緯度,云內的“冰晶效應”起著重要作用。當云層發展很厚,云頂溫度低于-10℃,云的上部具有冰晶結構(如As、Ns、Cb等)時,就會產生強烈的降水。而云層較薄,完全由水滴組成(如St、Sc等)時,則只能降毛毛雨或小雨。在低緯度和中緯度夏季,由于-10℃等溫線較高,有些云往往發展不到這個高度,云中只有水滴,不含冰晶。但云層發展較厚時,云滴的碰撞就起著重要的作用,因而也能降較強的雨。

   由上可見,云滴增長的條件,主要決定于云層厚度,而云層的厚度,又決定于水汽和垂直運動的條件。水汽供應愈充分,則云底高度愈低,上升運動愈強,則云頂高度愈高,因而云層逾厚,云滴增長愈快,降水量愈大。所以在降水預報中,通常只要分析水汽條件和垂直運動條件就夠了。

  (一)暴雨形成條件

   除上述一般降水所必須滿足的條件外,形成暴雨還必須滿足如下的條件。

    1、充分的水汽供應

   暴雨是在大氣飽和比濕達到相當大的數值以上才形成的。

   必須指出,比濕≥8g/kg只是出現大、暴雨的必要條件。但是這時并不一定都會出現大暴雨,還需要有強的上升運動。

   除了相當高的飽和比濕外,還必須有充分的水汽供應,因為只靠某一地區大氣柱中所含的水汽凝結下降量很小。因此,必須研究水汽供應的環流形勢。

   2、強烈的上升運動

   首先按照本文后面所講的方法,對于一地暴雨(日降水量≥50毫米)中的垂直速度作一大概的估計。在計算時,先設地面飽和比濕為14g/kg。如果50毫米降水量在一天之內均勻下降,那么降水時的最大上升運動約為10.8毫米/秒;若50毫米降水量在5小時降完,則降水時的最大上升速度約為54厘米/秒;若50毫米降水量在1小時內降完,則降水時的最大上升速度為260厘米/秒。上面三種上升速度,反映了三種不同尺度系統的降水。第一種屬于大尺度系統;第二種屬于中尺度系統;第三種屬于小尺度系統。實際上一般暴雨,尤其是特大暴雨都不是在一天之內均勻下降的,而是集中在一小時到幾小時內降落的,所以降水時的垂直運動是很大的,是由中小天氣系統所造成的。如此大的垂直運動,只有在不穩定能量釋放時,才能形成。所以在考慮暴雨時,必須分析不穩定能量的儲存和釋放問題。為此,必須研究形成暴雨的中、小尺度系統。

   3、較長的持續時間

   降水持續時間的長短,影響著降水量的大小。降水持續時間長是暴雨(特別是連續暴雨)的重要條件。中小尺度天氣系統的生命較短,一次中、小系統的活動,只能造成一地短時的暴雨。必須要有若干次中(小)尺度系統的連續影響,才能形成時間較長、雨量較大的暴雨。然而中、小尺度系統的發生、發展又是以一定的大尺度系統為背景的,也就是說,暴雨總是發生在大范圍上升運動區內。因此,要討論暴雨的持續時間,就必須討論行星尺度系統和天氣尺度系統的穩定性和重復出現的問題。副熱帶高壓脊、長波槽、切變線、靜止鋒和大型冷渦等大尺度天氣系統的長期穩定是造成連續性暴雨的必要前提。短波槽、低渦、氣旋等天氣尺度系統移速較快,但它們在某些穩定的長波型式控制下可以連接出現,造成一次又一次的暴雨過程。在特定的天氣形勢下,當天氣尺度系統移動緩慢或停滯時,更容易形成時間集中的特大暴雨。




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