降水形成
降水的形成過程是雲中的小水滴增大成為雨滴、雪花及其他降水物的過程。氣旋降水時必有雲,但有雲未必有氣旋降水。組成雲體的雲滴、冰晶等體積很小(僅相當於雨滴的百萬分之一),隨著氣流的運動會不斷衝撞合併增大,當雲滴體積增長到足夠大,以致氣流不能支持時才能形成水滴下降,在下降的過程中不被蒸發才會形成降水。
一般,在高空形成的大冰晶在較暖氣層中溶化後,和大水滴一起以雨的形式降落。如果氣溫低於0℃,來不及溶化,就以雪、霰或冰雹等固態水降落。
降水類型
氣旋降水可分為地形降水、對流降水、鋒面降水三種基本類型。
地形降水
地形降水是暖濕氣流在運行中,遇山地阻擋被迫抬升達到凝結高度時,水汽凝結形成的降水。地形降水多集中在山地迎風坡(雨坡)。世界上年降水多的地方基本上都和地形降水有關。如位於喜馬拉雅山南坡的印度的乞拉齊朋是世界上降水量最多的地方。
對流降水
對流降水是近地面氣層強烈受熱,氣團強烈上升、冷卻、迅速達到水汽飽和時形成的。對流降水強度大、時間短、範圍小,並常伴有雷電甚至冰雹,又稱熱雷雨。赤道帶全年都以對流雨為主,我國夏季的午後也常會出現。
鋒面降水
簡介兩種物理性質不同的氣團的接觸,暖濕空氣沿交界面滑升,絕熱冷卻,達到凝結高度時,便產生鋒面降水。其降水具有分布範圍廣,持續時間長的特點。鋒面是中緯度地區產生降水的重要天氣系統。冷鋒降水更是中國降水的主要形式。形成隨著氣旋或低壓過境而產生的降水,稱為氣旋降水,它是我國各季降雨的重要天氣系統之一。氣旋降水可分為非鋒面降水和鋒面降水兩種。非鋒面氣旋降水是氣流向低壓輻合而引起氣流上升所致,鋒面氣旋降水是由鋒面上氣旋波所產生的。氣旋波是低層大氣中的一種鋒面波動。氣旋波發生在溫帶地區,所以叫溫帶氣旋波,氣旋波發展到一定的深度就形成氣旋。江淮氣旋就是發生在江淮流域及湘贛地區的鋒面氣旋,在春夏兩季出現較多,特別在梅雨期間的六七月份更為活躍,是造成江淮地區暴雨的重要天氣系統之一。我國大部分地區是溫帶,屬南北氣流交會地區,氣旋降水極為發達。各地氣旋降水所占比率都在60%以上,華中和華北超過80%,即使西北內陸也達70%。我國境內的氣旋多發生在高原以東地區。在北方形成的有蒙古氣旋、東北低壓和黃河氣旋。我國氣旋生成之後,一般向東北方向移動出海,有名的江南梅雨,就是六七月間的極地氣團和熱帶海洋氣團交會於江南地區所造成的。結構鋒面氣旋的結構因形成條件和發展階段的不同,有很大差異,但從發展成熟的鋒面氣旋的溫壓場、流場和天氣現象來看,又具有一些共同特徵。從平面看,鋒面氣旋是一個逆時針方向旋轉的渦旋,中心氣壓最低,自中心向前方伸展一個暖鋒,向後方伸出一條冷鋒,冷、暖鋒以南是暖空氣,冷、暖鋒以北是冷空氣。鋒面上的暖空氣呈螺旋式上升,鋒面下冷空氣呈扇形擴展下沉。從垂直方面看,氣旋的高層是高空槽前氣流輻散區,低層是氣流輻合區。按質量守恆原理,空氣如在高層輻散、在低層輻合,則其間必有上升運動。因而在氣旋前部和中心區有上升氣流,氣旋後部有下沉氣流。由於氣旋自底層到高層是一半冷、一半暖的溫度不對稱系統,因而其低壓中心軸線自下而上向冷區偏斜。鋒面天氣不僅決定於氣旋溫壓場結構,還與空氣的穩定度、水汽條件、高空環流形勢以及氣旋發展階段等因素有關,而且隨地區、季節而有差異。一個發展成熟的鋒面氣旋的天氣模式表明:氣旋前方是寬闊的暖鋒雲系及相伴隨的連續性降水天氣;氣旋後方是比較狹窄的冷鋒雲系和降水天氣,氣旋中部是暖氣團天氣,如果暖氣團中水汽充足而又不穩定,可出現層雲、層積雲,並下毛毛雨,有時還出現霧,如果氣團乾燥,只能生成一些薄雲而沒有降水。
衡量指標
氣旋降水通常用降水量、降水時間、降水強度以及降水量季節變化和降水變率等指標來表示。
降水量即從雲中降到地面的液態水和固態水,未經滲透、蒸發和流失而在水平面上積聚的水層深度(或厚度),以毫米(mm)為單位。
常見的表示方法有日、月、年降水量,月、年平均降水量及多年(日、月)平均降水量等。
降水時間是指一次降水過程從開始到結束持續的時間,用日、時、分表示。
降水強度即單位時間內的降水量。通常取10分鐘、1小時或24小時時間內的降水量作為劃定指標,也可依部門需要而定。
大暴雨的日降水量達100mm-200mm,特大暴雨的日降水量達200mm以上。一般氣旋(颱風)24小時降水總量多在300mm以上。降水強度是水利、交通和建築工程等設計的依據之一。
降水量的季節變化與緯度、大氣環流、地形等因素有關。一般而言,赤道帶降水春分、秋分相對較多;亞熱帶大陸西岸冬季多雨,大陸東岸夏季多雨;北半球溫帶大陸西岸降水量季節變化不明顯,而大陸東岸降水集中在夏季。
降水變率說明某一地區降水的穩定性與可靠性。一般沿海多雨區降水變率小;內陸少雨區降水變率大,穩定性差,可靠性小。在我國,降水變率基本上是南方小於北方,沿海小於內陸,西南季風區小於東亞季風區。