关于降水介绍

[拼音]：jiangshui

[外文]：precipitation

从云雾中降落到地面的液态水或固态水，如雨、雪、雹、霰等。一般，空气中直接凝结在地面或地物上而成的液态水或固态水，如露、霜等，都统计在降水量之内。降水过程有阵性和连续性两种。降水是气象要素之一。

动力学分类

降水的特性主要决定于上升气流、水汽供应（见蒸发、水汽输送、大气环流）和云的微物理特征，其中尤以上升气流最为重要。通常按上升气流的特性，将降水分成对流性的、系统性的和地形性的三种。

对流是在大气静力不稳定（见大气静力稳定度）的条件下产生的，其水平尺度很小(0.1～50公里)，生命史很短（几十分钟），但上升速度很大（1～20米/秒）。降水粒子在云中形成之后，其落速往往小于气流的升速，因而积聚在云的中部和上部，不能下落。由于大量降水粒子的拖曳或其他原因，使上升气流速度减慢到小于降水粒子的落速时，降水粒子就陡然下落，形成阵性降水，常称阵雨。阵雨的开始和停止都比较突然，降水强度的变化也很大。对流性降水常伴有雷暴，称为雷阵雨。在大气层结很不稳定、高层不断降温、低层有充分水汽供应的天气条件下，可出现铅直发展极盛的积雨云（见云），其上升气流可大于15米/秒，含水量大于10克/米3，云顶温度低于-30°C。在这种云里，可能形成冰雹。

锋面、气旋、切变线等天气系统，低层的空气辐合，引起大范围的上升运动。这些系统的水平尺度很大（1000～3000公里），持续时间很长（1～3天），但上升速度很小，一般为1～50厘米/秒，局部地区可达100厘米/秒。这种大范围上升运动可形成层状云系，产生大范围的连续性降水，有时虽然出现间歇，但降水强度（单位时间内的降水量）没有急剧的变化。

湿空气受山脉等地形抬升而产生的降水。地形作用一般使山的迎风面的降水量增大，背风面的降水量减少，甚至出现干旱少雨区域，称为雨影区。

实际的降水往往是复合型的。如系统性降水常常因地形抬升而加强；在大范围空气辐合的天气系统中，往往有中间尺度天气系统和中小尺度天气系统产生对流性降水。世界年降水量的分布(见气候学)即是上述情况综合的结果。降水量的年变化及年际变化受地理位置、海陆分布、地貌和大气环流、天气系统等因子的影响。

形态

液态降水为不同大小的水滴，包括雨和毛毛雨。固态降水的形状多种多样，包括雪、霰、米雪、冰粒、冰雹等（图1）。各种降水物的大小和密度不同(固态降水物的密度为0.05～0.9克/厘米3)，因此其落速相差也很大（图2）。

从云中降落下来的液态水滴，其直径一般为0.5～6毫米。小雨滴呈球形，直径在1毫米以上的雨滴呈扁球形，雨滴越大，形状越扁平。超过一定大小的雨滴就会破碎，所以自然界中很少观测到直径大于6毫米的雨滴。落到地面的雨滴，大小也不同。单位体积内各种大小雨滴的数量随其直径的分布，称为雨滴谱（图3）；单位体积内的雨滴个数（雨滴浓度）一般随其直径的增大按指数规律递减。不同性质降水的雨滴谱也不尽相同：连续性降水的雨滴谱较窄，即雨滴大小较均匀；阵性降水的雨滴谱较宽，即雨滴大小不均。

从云中降落、但在空中蒸发而不能降到地面的雨滴群体，外观常呈幡状，称为雨幡。由于阳光照射的角度和强度不同，雨幡呈白、灰、黑等各种颜色。

细小而十分均匀的稠密液态降水，其直径略大于0.2毫米（小于0.5毫米）。它从层云或雾中下降时，在空中飘浮，难以用眼睛分辨其下降情况。

过冷的雨滴与空中或地面物体碰撞而冻结的雨。当大气温度低于 0°C时，雨滴在空中保持过冷却状态，当它同温度低于 0°C的的物体或地面相碰时，立即冻成外表光滑而透明的冰层，在电线或树枝上常边淌边冻而形成长长的冰挂，称为雨凇（参见彩图）。严重的雨凇可以压断电线或树枝，造成供电停止、电信中断或树木毁坏等危害。冻雨还能造成飞机表面严重积冰，威胁飞行的安全。

由较大的冰晶（即雪晶）组成。雪晶一般大于0.3 毫米，其基本形状为六角形。由于生长环境的温度、湿度的差异，沿不同晶轴方向增长的速率也不同，形成了板状、星状、针状、立体枝状和线轴状等多种多样的雪晶（图4）。雪晶在云内生长的过程中，经历的环境不断改变，因此形成了各种姿态的外观。在较高温度下，雪晶可互相碰撞粘连而成雪团。最大者直径可超过10厘米，由4000多个冰晶和雪晶组成。气温高于 0°C时，雪团常呈融化或半融化状态。

雪大都降自雨层云或高层云，属连续性降水。寒冷季节的积雨云中所产生的降雪，具有阵性特征。

降离云层的雪晶群体，由于在空中蒸发而不能落到地面，外观如幡，称为雪幡。它具有和卷云一样的晶状结构，呈白色或灰白色。

又称雪丸或软雹，是白色不透明的圆锥形或球形的颗粒状固态降水。直径约2～5毫米，下降时常呈阵性，触及硬地时常反跳。它是由各自冻结的小云滴组合在一起而成的，密度小而松脆易碎。

白色不透明的、比较扁或比较长的小颗粒状固态降水，直径常小于 1毫米，触及硬地时不反跳。它是由微小的过冷水滴在冰针或小雪晶上撞冻而成的，其降水量很小。

透明的丸状或形状不规则的固态降水，较硬，触到硬地时一般都能反跳，直径为几毫米，一般小于5毫米，内部有时还有未冻结的水（参见彩图）。它们可分成两种：

（1）冻结的雨滴或者大部分融化后再冻结的雪团，直径约1～3毫米；

（2）包在薄水层内的霰，薄冰层是由霰捕获云滴或自身部分融化后再冻结而成的，直径约2～5毫米，旧名小冰雹。

又称雹或雹块，从对流云中产生的球状、锥状、椭球状或形状不规则的坚硬固态降水（参见彩图）。雹块通常为白色、乳白色和无色透明的固体，有的表面光滑，有的粗糙，有的带疖瘤，直径一般大于 5毫米。在大多数的降雹中，雹块最大尺度小于3厘米，个别的大于10厘米。异常巨大的雹块非常少见，有的可能是雹块在地面堆积聚冻而成。冰雹的密度一般为0.8～0.9克/厘米3。雹块大多以不透明的雹胚为核心， 外面由透明和不透明的冰层相间组成， 雹块尺度不同，其质量、落速和破坏力有很大的差异。

冰雹一般出现在对流活动频繁的夏秋季节，常常砸坏大片庄稼，损坏房屋，威胁人畜安全，是一种严重的自然灾害，很多国家已进行了人工防雹试验。冰雹降落的持续时间一般为3～5分钟，短则10秒，长可达40分钟。

微物理过程

空气在上升时膨胀冷却，使其中的水汽达到饱和，在云凝结核上（见大气凝结核）凝结成大量的微细小滴，即云滴。云滴通过凝结、碰并等过程而形成雨滴。在温度低于0°C的云中，由于大气冰核的作用，产生了冰晶。在过冷云中，冰晶通过伯杰龙过程（见云和降水微物理学）长成雪晶。在较高温度下，雪晶在运动过程中可相互粘连，成为雪团。雪晶和雪团在下落过程中，还可以同过冷水滴碰撞而形成带冻滴的雪晶(团)。如果撞冻的过冷水滴很多，雪晶（团）就变成球状固态颗粒。在层状云中，上升气流的速度、含水量和云层厚度都比较小，通过撞冻过程只能产生米雪。在积状云中，上升气流的速度、含水量和云的厚度都比较大，通过撞冻过程能产生霰。霰碰并云滴或者自身部分融化，然后表面再冻结，形成具有薄冰壳的冰粒。雨滴冻结或者雪团融化后再冻结，也能生成冰粒，其内部有时还有未冻结的液态水。这些固态降水物下降到温度高于 0°C的暖区里，能融化成雨滴。在特别强盛的积雨云里，霰和冻结的雨滴成为冰雹胚胎，它们和过冷水滴碰并，能够长成冰雹。冰雹有两种不同的增长方式：

（1）干增长。在温度较低、含水量较小的环境中，撞到冰雹上的过冷水滴迅速冻结，空气来不及逸出，形成包含很多气泡的不透明冰层。

（2）湿增长。在温度较高、含水量较大的环境中，冻结过程释放的大量潜热来不及传导出去，使撞到冰雹上的大量过冷水滴，在短时间内不能全部冻结而形成一层薄水膜，附在冰雹表面，慢慢冻结之后，就形成气泡较少的透明冰层。由于强对流云中的铅直气流和含水量的分布及其演变非常复杂，使雹块在云中上下运动，并经历着具有不同温度和含水量的云内环境，结果，冰雹形成了透明和不透明相间的多层结构。随着冰雹的长大，其落速越来越大，当落速大于气流的上升速度时，冰雹便从云中落下。在高于 0°C的环境中，雹块会逐渐融化，故小雹块往往在到达地面之前就完全融化成雨滴。按照理论计算，直径 1厘米左右的雹块在完全融化之前，能从0°C层降落约3公里的距离。

参考书目

1. B.J.梅森著，中国科学院大气物理研究所译：《云物理学》，科学出版社，北京，1978。(B.J.Mason， ThePhysics of Clouds，Oxford Univ.Press，London，1971.)

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