天气学原理和方法--第7章--刘强--整理.pdf

第七章 第一节 降水的形成与诊断 一、降水形成过程 (一)一般降水的形成过程（有三个条件） 1、水汽条件：水汽由源地水平输送到降水地区 2 、垂直运动条件：水汽在降水地区辐合上升，在上升中绝热膨胀冷 却凝结成云 3、云滴增长条件：云滴增长变为雨滴而下降 前两个条件决定于天气学条件，是降水的宏观过程，第三个条件 主要决定于云物理条件，是降水的微观过程。云滴增长的条件主要决 定于云层厚度，而云层厚度，由决定于水汽和垂直运动的条件，所以 在降水预报中，通常只要分析水汽条件和垂直运动条件即可。一般任 务云滴增长的过程有两种：一种是“冰晶效应”可促使云滴迅速增长 而产生降水，在中高纬度，这种过程起着重要作用；另一种是云滴的 碰撞合并作用，尤其是云层发展较厚时，这种过程更明显。 （二）暴雨的形成条件 凡是日降水量达到和超过50.0 毫米的降水称为暴雨。 有三个普遍的主要条件，分别是充分的水汽供应、强烈的上升运动、 较长的持续时间，另外还有一个地形条件，就是有利的地形条件。 1、充分的水汽供应 暴雨是在大气饱和比湿达到相当大的数值以上才形成的，700hpa 上比湿≥8 克/千克（对北京来说，比湿≥5 克/千克），是出现大、暴 雨的必要条件；有了相当高的饱和比湿条件，还必须有充分的水汽供 应，因为只靠某一地区大气柱中所含的水汽凝结下降量很小，因此必 须研究水汽供应的环流形势。 2 、强烈的上升运动 强烈的上升运动只有在不稳定能量释放时，才能形成，因此暴雨 预报必须分析不稳定能量的储存和释放问题，研究形成暴雨的中、小 尺度系统。 二、水汽方程和降水率 （一） 水汽方程 水汽方程是表示水汽输送和变化的基本方程。单位时间内通过 某一单位面积的水汽量，称为水汽通量。水汽方程表达式： 此式说明，一个运动的单位质量湿空气块，其比湿的变化等于 凝结率及湍流扩散率之和。 单位时间内，某一体积所含水汽的变化量主要有四个方面的因 素决定：水平方向上水汽的净流入量，垂直方向上水汽的净流入量， 凝结量，湍流扩散。 （二） 降水率 单位时间内降落在地面单位面积上的总降水量，称为降水率或降 水强度。表达式： 三、水汽条件的诊断分析 （一）水汽含量 主要从以下几个湿度项目分析 1、各层比湿或露点 分析等压面上的比湿或露点的分布，就等于 分析了湿度场的分布。 2 、各层饱和程度 一般用温度露点差来表示空气的饱和程度，通常 以（T －Td ）≤2 ℃的区域作为饱和区，（T －Td ）≤4 ～5 ℃的区域作为 湿区。在垂直剖面图上，常使用相对湿度的分布来表示空气的饱和程 度，一般≥90 ％作为饱和区。 3、湿层厚度 湿层越厚，降水越强，常在单站探空曲线及剖面图 中分析湿层厚度作为降水预报的指标。 （二）可降水量 将某一地区上空整层大气的水汽全部凝结并降至地面的降水量 成为该地区的可降水量。表达式： 一地区的可降水量的大小表示了该地区整层大气的水汽含量。一 般一地区较大的降水，其量远远超过该地区的可降水量，因此某地区 要下一场较大的降水，就必须要有足够的水汽从源地不断向该地区供 应。 （三） 水汽通量 源地的水汽，主要是通过大规模的水汽气流被输送到降水区的， 其输送量的大小用水汽通量表示。单位时间内，通过垂直于风向的单 位面积输送的水汽量可表示为ρqV，即为水汽水平通量。通过垂直于 风向的底边为单位长度，高为整层大气柱的面积上的总的水汽通量 为： （三） 水汽通量散度（公式表达） 若不考虑地形和地面摩擦的影响，且认为地面和大气层顶的垂直速度 为零，则I＝－D，即整层水汽水平辐合的大小，近似的等于降水率。 另外，由于： ，可见水汽 通量散度由两部分组成，一部分为水汽平流（右端第一项），另一部 分为风的散度（右端第二项）。 （四） 水汽的局地变化 某地区水汽的变化取决于四项：比湿平流，比湿垂直输送，凝结、 蒸发，湍流扩散。 总之，分析水汽条件主要是分析大气中的水汽含量及其变化、水 汽通量和水汽平流等。水汽通量辐合主要决定于空气的水平辐合，因 而决定于垂直运动的条件。 四、垂直运动条件的诊断分析 对垂直运动的诊断分析主要是通过分析水平风场和