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根据水文学原理,降水类型及产生原因

时间:2023-08-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:根据气流上升冷却的原因,可把降水划分为以下4种类型。温带地区的气旋多由锋面波动而产生,称为锋面气旋,如图4.6所示。

根据水文学原理,降水类型及产生原因

4.2.1.1 按气流上升冷却的原因分

气象学关于降水形成的物理机制可知,气流上升产生动力冷却而凝结,是形成降水的先决条件,而水汽含量的大小及动力冷却程度,则决定着降水量和降水强度的大小。根据气流上升冷却的原因,可把降水划分为以下4种类型。

1.气旋雨

气旋是中心气压低于四周的大气漩涡。在北半球,气旋内的空气作逆时针旋转,并向中心辐合,引起大规模的上升运动,水汽因动力冷却而导致的降雨,称为气旋雨。按热力学性质分类,气旋可分为温带气旋和热带气旋两类,相应产生的降水称为温带气旋雨和热带气旋雨。

(1)温带气旋雨。温带地区的气旋多由锋面波动而产生,称为锋面气旋,如图4.6所示。自气旋中心向前伸展出一条暖锋,向后伸展出一条冷锋。冷暖锋之间是暖气团,其上是冷气团。气旋是气流辐合上升系统,锋面上气流上升更为强烈,往往产生云、雨,甚至造成暴雨、大风天气。一个发展成熟的锋面气旋天气为:气旋前方是暖锋云系和连续性降水天气,气旋后方是狭窄的冷锋云系和降水天气,气旋中部是暖气团天气,有云层或毛毛雨。

图4.6 理想气旋示意图

(2)热带气旋雨。热带气旋指发生在低纬度海洋上的强大而深厚的气旋性漩涡。气象部门根据热带气旋地面中心附近风速的大小,将其分为四类:近中心最大风力6~8级为热带低压;8~9级为热带风暴;10~11级为强热带风暴;大于12级为台风。一个发展成熟的台风,其低空风场的水平结构可分为三个区域,如图4.7所示。自台风边缘向内到最大风速区边缘为外圈,风速向中心急增,风力在6级以上,半径约为200~300km;从最大风速区外缘向内到台风眼壁为中圈,是台风中对流和风雨最强烈的区域,半径约为100km;内圈为台风眼区,风速迅速减小或静风,半径约为5~30km。台风大多产生在对流性云团中,由于上升气流不断加强,云区常可发展为宽几十公里,高10km的垂直云墙。云墙外有几条螺旋状积雨云带向中心汇合,螺旋状云带外面往往是由塔状对流云组成的外辐合云带。台风眼区由于有气流下沉,多晴空无云。台风区内水汽充沛,气流上升强烈,往往造成大量降雨,强度很大,分布不均匀。台风登陆后若受地形和冷空气的影响,往往使暴雨加剧,导致洪水泛滥。

图4.7 台风天气模式示意图[1]

2.对流雨

因地表局部受热,气温向上递减速率过大,大气稳定性降低,下层空气膨胀上升与上层空气形成对流运动。上升的空气形成动力冷却而致雨称为对流雨。因对流上升速度快,形成的云多为垂直发展的积状云,降雨强度大,历时短,雨区较小。

3.地形雨

空气在运移过程中,遇山脉的阻挡,气流被迫沿迎风坡上升,由于动力冷却而成云致雨称为地形雨。此外,山脉的形状对降雨也有影响,如喇叭口、马蹄形的地形,若它们的开口朝向气流来向,则易使气流辐合上升,产生较大的降雨,如图4.8所示。地形雨的降雨特性,因空气本身的温湿特性,运行速度以及地形特点而异,差别较大。

4.锋面雨

图4.8 地形对气流影响示意图

两个温湿特性不同的气团相遇时,在其接触区由于性质不同来不及混合而形成一个不连续面,称为锋面。所谓不连续面实际上是一个过渡带,所以又称锋区。锋面与地面的交线称为锋线,习惯上把锋线简称为锋。锋面的长度从几百公里到几千公里不等,伸展高度,低的离地1~2km,高的可达10km以上。由于冷暖空气密度不同,暖空气总是位于冷空气上方。在地转偏向力的作用下,锋面向冷空气一侧倾斜,冷气团总是楔入暖气团下部,暖空气沿锋面上升。由于锋面两侧温度、湿度、气压等气象要素有明显差别,因此,锋面附近常伴有云、雨、大风等天气现象。锋面活动产生的降水统称为锋面雨。(www.xing528.com)

由于在地球的不同地带会产生性质互异的气团,这些气团之间常存在锋面,称为行星锋带,其位置和强弱随时间而变。在4种主要气团(冰洋气团、极地气团、热带气团和赤道气团)之间,存在3种主要的行星锋带:极锋、副热带锋和赤道锋。其中,极锋和副热带锋的活动对我国的天气及降水影响最大。它们南进北退,决定着各地雨季的起始和终止。赤道锋两侧的气团都是高温高湿的海洋气团,一般锋的温湿特征不明显,只有锋的辐合,故称为赤道辐合带,亦称为热带辐合带。影响我国东南沿海的热带风暴和台风,多发生在热带辐合带上。

锋面随冷暖气团的移动而移动。若按运动学观点分类,可分为冷锋、暖锋、静止锋和锢囚锋。

(1)冷锋。冷气团起主导作用,推动锋面向暖气团一侧移动,这种锋称为冷锋,如图4.9(a)所示。根据移动的快慢,冷锋又分为两类:移动慢的称为第一型锋或缓行冷锋;移动快的称为第二型冷锋,或急行冷锋。这两种冷锋天气有明显的差异。缓行冷锋锋面坡度小,约为1/100,移动缓慢,锋后冷空气迫使暖空气沿锋面稳定滑升,雨区出现在锋后,多为稳定性降水,雨区稍窄,在300km以内。如果锋前暖空气不稳定,在地面锋线附近也常出现积雨云和雷阵雨天气。急行冷锋坡度较大,约为1/40~1/80,锋后冷空气移动较快,迫使暖空气产生强烈的上升运动。因此,急行冷锋过境时,往往乌云翻滚,狂风大作,电闪雷鸣,大雨倾盆。降雨强度大,历时较短,雨区窄,一般仅数10km。

(2)暖锋。暖气团起主导作用,推动锋面向冷气团一侧移动,这种锋称为暖锋。暖锋锋面坡度较小,约为1/50,暖空气沿锋面缓慢上升,在上升过程中发生绝热冷却,水汽凝结致雨,如图4.9(b)所示。暖锋的雨区出现在锋线前,宽度在300~400km,沿锋线分布较广。降雨强度不大,但历时较长。在夏季,当暖气团不稳定时,也可出现积雨云和雷阵雨天气。

(3)静止锋。冷暖气团势均力敌,在某一地区停滞少动或来回摆动的锋称为准静止锋,简称静止锋,如图4.9(c)所示。静止锋坡度小,约为1/200,有时甚至小到1/300,沿锋面上滑的暖空气可以一直伸展到距离地面锋线很远的地方,所以云、雨区范围很广。降雨强度小,但持续时间长,可达10天或半月,甚至一个月。

(4)锢囚锋。当3种热力性质不同的气团相遇,如冷锋追上暖锋,或两条冷锋相遇,暖空气被抬离地面,锢囚在高空,称为锢囚锋,如图4.9(d)所示。由于锢囚锋是两条移动的锋相遇合并而成,所以它不仅保留了原来锋面的降水特性,而且锢囚后暖空气被抬升到锢囚点以上,上升运动进一步发展,使云层变厚,降水量增加,雨区扩大。

4.2.1.2 其他分类方法

除了上述按动力冷却条件对降水进行分类外,实用上还有按雨量大小、强度及过程特征进行分类的方法。这种分类一般将降水分为暴雨、暴雨型淫雨和淫雨3类。

图4.9 锋面雨类型示意图

(a)冷锋;(b)暖锋;(c)静止锋;(d)锢囚锋

1.暴雨

1日降水量超过50mm,或12小时降水超过30mm的降雨称为暴雨。暴雨主要由对流作用形成,具有强度大、历时短、笼罩面积不大的特点。

2.暴雨型淫雨

暴雨型淫雨的特点是历时较长,往往长达数昼夜;降雨强度变化剧烈,平均强度不大,个别时段内的降雨强度可能很大。暴雨型淫雨一般由冷暖气团交锋所致常常是造成大面积洪涝灾害的主要原因。

3.淫雨

淫雨是指历时很长、强度较小、降雨时断时续、且空气湿度较大的一种降雨,一般也是冷暖气团交锋所致。

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