第三章第三节降水课件

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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,0.3,2.0,毫米中等大小的雨滴或雪花组成。降水强度为,4,40/,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,200,300,,持续时间短,局地性很强。雨滴半径较大,一般在,1.5,3.5,,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,0.05,0.25,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,雨,小雨,中雨,大雨,暴雨,大暴雨,特大暴雨,(,mm/d),10,10-25,25-50,50-100,100-200,200,雪,小雪,中雪,大雪,(,mm/d),2.5,2.5-5.0,5.0,一、云滴增长的物理过程,云滴,:,半径小于,100um,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,0,0,C,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,0,0,C,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,0,0,C,时,雪花可以一直落到地面而,形成降雪,。当云下气温高于,0,0,C,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。,e,E,面,-,柱状,,e,E,边,-,片状,,e,E,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,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,0,0,C,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
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