2007级 3.3大气降水

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2、冲并增长 （1）定义：
由于云滴大小不同，具有
不同的升降速度，相互间 因碰撞而合并较大的云滴 的过程。 。
V大 V小
V大
V小
②过程： 上升：V大<V小，则小水滴追上大水滴，相互
合并
下降：V小<V大，则大水滴追上小水滴，相互
合并。
－－－－重力冲并 经过这样的多次反复，象滚雪球一样，不断长
物所组成的气溶胶体，按照胶体化学的说法，悬 浮在气相中的这种液相或固相的水质点如果保持 其各自的原有状态不变，则称作胶性稳定。。
如果这些质点，互相并合，尺度增大，发生沉降
而从胶体中分离出来，或者在其中产生了新的相 态的胚胎，并继续演变就称为是胶性不稳定。
雨，雪、冰雹从云中下降形成降水，首先
飞机播撒碘化银微粒
（二）人工影响暖云降水
暖云：整个云体温度高于0℃。我国南方夏季的浓
积云、层积云多属这种云。
在暖云中，胶性稳定状态的维持，往往是由于缺乏
大水滴，冲并作用不易进行。
暖云中无冰晶效应，促使降水形成起决定性作用的
是水滴大小不均匀和冲并过程。
基本原理：撒入催化剂，促使大水滴数目增加，从
强烈的上升气流和下降气流
冰晶、雪花过冷水共存 冰水共存
冻结高度
水云
霜打一片，雹打一条线
3-3
一、概述
大气降水
二、降水形成的条件
三、雨和雪的形成
四、降水的类型与分布
五、人工降水
四、降水的类型与分布 （一）类型： 1、按降水时间和强度分： 连续性： 均匀的雨滴或雪花，降水时间长，降 水量大。（高层云、雨层云） 阵性： 强度大，降水时间短，雨滴大。 （浓积云、积雨云） 毛毛雨：雨滴小强度弱(层积云、层云)
云滴增长的初期，以凝结凝华增长为主，当云滴
半径达到0.05—0.07mm时，以碰并增长为主，
特别是低纬地区，冰水共存机会多，碰并增长更
重要。
3、链锁反应：
水滴变形
临界半径/破碎半径：30Leabharlann Baidu~350 μm
云中水滴增大—破碎—再增大—再破
碎的循环往复过程，称为“链锁反
应”，也称为暖云的繁生机制。
雪
（mm/d)
云滴长成雨滴，半径增大
了10倍。 云滴越小，表面曲率半 径越大，要凝结增长需要 周围空气的相对湿度越大； 周围空气过饱和的云滴 可以自发凝结生长。 相对湿度小于100%时， 云滴的凝结生长需借助吸 湿性云凝结核。 云滴小而轻，无法落到 地面形成降水。若仅靠凝 结生长成为足够大的雨滴 至少需要几天。
或加强垂直上升气流，供应水分促使水滴碰并，
加速链锁反应，可以促使自然降水过程得以完
成。
（一） 人工影响冷云降水
中纬度地区冬季经常出现大范围的过冷
却层状云，但很少降水。夏季也经常出
现云顶高于 O℃层高度的积状云，其中能
产生降水的也为数不多。
根据贝吉龙学说，这种云之所以没有降
水，主要是云内缺乏冰晶，云滴得不到
水汽的扩散转移过程：
• 冰水云滴共存：E冰＜E水，冰晶效应 • 冷暖云滴共存：E冷＜E暖， • 大小云滴共存：E大＜E小，凝结增长
• 空气中e介于二者之间时，就会发生水汽转移（方 向？） • 水→冰；暖→冷；小→大 • 冰水云滴共存作用更重要：同温下，△E很大，尤 其在 -10～-12℃时。 • 对于冷云（上部，＜0℃，冰晶和过冷却水滴）降 水，冰晶效应是主要的。
3-3
大气降水
一、概述 二、降水形成的条件
三、雨和雪的形成
四、降水的类型与分布
五、人工降水
云和雨的关系
有云，不一定会下雨；
但有雨，就一定会有云。
究竟云和雨之间的关系是
怎样的呢？
• 云是降水的主体， 云，水汽凝结
一、概述
1、降水： 从云中降到地面上的液态或固态的水称 为降水。 云滴D<100㎛ 标准云滴D=10㎛
冰面的饱和水汽压比水 面小
通过贝吉龙过程，可以把大量过冷水滴的水集中到少 数几个冰晶上，让它们很快增大。大冰晶在下落到暖区后 会溶解成大水滴，通过重力碰并增长为雨滴。 高云常常是冰晶的来源。那里温度很低，冰核的活 化率很高，有比较多的冰晶。若云温度低于-40度，则水 滴可以自动的冻结了。冰晶从高云落到中云，那里是混合 云，冰晶不多。外来冰晶可以通过贝吉龙过程长大，最后 形成降水。 一些顶部温度较高的云中，冰晶的增长（ accretion） 可能有如下过程：冰晶与过冷滴碰撞冻结形成霰 （graupel）。霰破碎形成许多冰粒子，作为新的冰晶通 过碰并（ Aggregation）继续生长。
要求云滴、冰晶长大到降水物尺度，这种 增长过程正是破坏胶性稳定的过程。
自然界中常常由于过冷却云中缺乏冰晶或
在暖云中缺少起始大水滴，即使其它条件 已经具备，仍不足以产生降水，此时呈胶 性稳定状态。
如果在过冷云中“引入”大量冰晶 或在暖云中产生大量的大水滴 ( 半径大于 25 微
米)，能使云的胶性稳定状态遭受破坏。
不稳定性，
动力催化立足于影响或加强云内的热力不
稳定。
方 法：
1、在云中投入冷冻剂：干冰（固体CO2）
固体CO2 ，本身温度很低，在1013hpa下，
其升华温度为-79℃，受热不融化而直接气 化、升华。
云中加入干冰，升华，吸收大量热量，使云
中过冷却水滴温度降得很低，以致冻结成冰 晶或使水汽直接凝华成冰晶，在云中造成冰 水共存。


3-3
大气降水
一、概述 二、降水形成的条件
三、雨和雪的形成
四、降水的类型与分布
五、人工降水
二、降水形成的条件 （一）宏观条件：
1、水汽：
云是降水的主体，是由水滴、冰晶过冷水 滴组成的，只有充足的水汽，才能形成降 水的云。
2、空气的上升运动（？）
绝热冷却：水汽产生凝结
水汽悬在空气中，防致过早降落
E角＞ e＞ E边＞E面， E 角＞E边＞e ＞E面， 水汽在边上、面上凝华， 因E边 ＞E面，边上凝华比 水汽只在面上凝华， 面上快， 柱状、针状雪花 片状雪花 e＞E角＞E边＞E面， 边上、面上、角上都凝华， 角上凝华增长最快， 枝状、星状雪花
冰雹云是由水滴、冰晶和雪花组成的。一
般为三层： 最下面一层温度在0℃以上，由水滴组成； 中间温度为0℃至-20℃，由过冷却水滴、 冰晶和雪花组成； 最上面一层温度在-20℃以下，基本上由冰 晶和雪花组成。
（二）微观条件 1、凝结或凝华增长（初期）
冰水共存：
在过冷却水滴和冰晶共存的冷云中，如 果存在 E冰<e<E过冷却水时，冰晶因凝结而 不断长大，而过冷却水滴因不断蒸发而变 小。（低纬度地区机会多）
冰晶过程对于中高纬度地区的冷云（温度低于 冰点）的降水形成有重要作用。
•在同时存在水滴和冰晶的条件下，空气中 的水汽压会调整到相对于冰面是过飽和而对 水面是不飽和。 •水滴会不断蒸发而冰晶会迅速增长。这就 是冰水转化过程。 •瑞典科学家Bergeron最先提出这一机制， 现被称为贝吉隆过程。 •条件：水汽、适当数量的冰晶、足够的过 冷水 •完全没有或冰晶太少，形成不了一定数量 的降水粒子；冰晶数量太多，谁都长不大也 形成不了降水。
当云温为-2～-15℃时，每克干冰可产生8千
亿个冰晶。
2、引入人工冰核：碘化银（AgI）
黄色晶体或粉末，难溶
于水，其微粒的晶体结 构和冰晶相似，能起冰 核作用，适用于-4～15℃的冷云。 当温度为-10℃时，一 克碘化银能产生1010～ 1012个冰核；当温度为20℃时，能产生1016个 冰核。
大。此外，还有乱流碰并，电荷碰并。
重 力 冲 并：
云滴大小不同，在重力和空气阻力的共同
作用下，运动速度也不同。
碰并过程发生于暖
云（ T > -15º C）
a.大小均一的云滴下落速度相同，无法碰撞。 b.大滴下落速度较大，和小滴发生并合。
③影响因素：含水量愈多、水滴的大小愈
不均匀，云滴增长愈快。
充分的水汽供应和空气的绝热上升运动。 凝结增长 扩散转移 云滴的增长 乱流碰并 碰并过程 重力碰并 水汽的扩散转移过程： 冷暖云滴之间： 大小云滴之间：
暖 H2O E暖＞e＞E冷 H2O E小＞e＞E大 冷
凝结过程
小
大
过冷却水滴与冰晶之间： （冰晶效应）
水
H2O
E水＞e＞E冰
冰
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• 以上三个条件，其中
在云体的过冷却 ( 一 10℃) 部分，大量而迅速
地引入人工冰核。
当冰核转化成冰晶时，要释放大量潜热，使
云内温度升高，形成或增大上升气流，促使
云体在垂直和水平方向迅速发展，相应延长
云的生命期，加速云内降水形成过程，从而
增加降水量。
静力催化与动力催化都是从影响云的微物
理结构着手，
所不同的是静力催化着眼于云内水的相态
3-3
一、概述
大气降水
二、降水形成的条件
三、雨和雪的形成
四、降水的类型与分布
五、人工降水
五、人工影响云雨
人工降雨：根据降水形成的原理，人为地
补充某些形成降水所必须的条件，促使云 滴迅速凝结或合并增大，形成降水。
所采用的方法，因冷云和暖云而不同。
云是由悬浮在空气中的水滴和冰晶、雪花等水成
雨滴D>100㎛
标准雨滴D=1000㎛
2、降水的类型： 雨：从云中降下的液体水滴 雪：从混合云中降下的固体水 霰：从云中降下的不透明的球状晶体
雹：从云中降下的由透明层和不透明层
相间组成的固体降水，呈球状。
3、降水的强度
雨
（mm/d）
小雨 中雨 大雨 暴雨 大暴雨 特大 <10 10-25 25-50 50-100 100暴雨 200 >200 小雪 中雪 大雪 <2.5 2.5- >5.0 5.0
冰水共存－贝
吉隆过程最重要。凝结增长速度太慢，
还需要贝吉隆过程(冰晶效应)这一个
加速长大的过程。
贝吉龙理论（P5）的价值，就在于强调了冰 晶对降水的作用。 但凝结（华）增长过程很难使云滴迅速增长 到雨滴的尺度，且其作用随云滴增大而减弱。 所以单靠凝结增长是很难在短时间内产生降 水的。 可见要使云滴增长成为雨滴，势必还有另外 的过程。
而启动冲并过程。
方法：
1、撒盐粉（Nacl、kcl）：
盐粉吸湿性强，吸收水分以后，能迅速变成
增长。
影响冷云降水的基本原理是：
设法破坏云的物态结构，也就是在云内
制造适量的冰晶，使产生冰晶效应，水 滴蒸发，冰晶增长。
当冰晶长大到一定尺度后，发生沉降，
沿途由于凝华和碰并增长而变成大的降 水质点下降，这就是所谓冷云的“静力 催化”。
20世纪60年代又提出了““动力催化”试验，
其依据是：
三、雨和雪的形成 1、水成云、混合云或冰成云中降下的分别 是哪种雨，在什么情况下是雨而不是雪？ 2、雪花为什么有六角型、柱型、星型、 枝型、片型？
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一、概述
大气降水
二、降水形成的条件
三、雨和雪的形成
四、降水的类型与分布
五、人工降水
三、雨和雪的形成
• • • • （一）雨的形成 水成云（水滴）：雨 冰成云（冰晶） 混合云（过冷水滴和冰 晶）
“夏雨隔牛背”
“夏雨隔牛背，鸟湿半边翅”
“东边日出西边雨，道是无晴却有晴” 夏天的阵雨
天气具有很强的地方性。
“夏雨像堵墙，淋孩不淋娘”，
2、按降水的成因分类
对流雨
地形雨
锋面雨 锋面雨 冷空气 暖空气
台风雨
（二）全球降水量分布
影响因素：纬度、海陆分 年降水量（mm） 布、大气环流、地形 赤道多雨带： 2000 上升气流强，多对流雨 副热带少雨带： 1500 信风带的西岸(背风海岸)副 热带地区的中部(下沉 1000 气流区) 中纬多雨带： 500 西风带大陆西岸(迎风海 岸、冷暖气流交绥区) 高纬少雨带： 90° N 60° 30° 0° 30° 60°90° S 纬 度 纬度高，气温低
雪花， 融化：雨
在雨的形成过程中，大水滴起着重要作用。
（二）雪的形成
混合云：云下温度＜0℃，雪； ＞0℃，雨夹雪 雪花的形状：六角形，花样繁多 冰的分子以六角形为最多 面上、边上、角上曲率不同，E不同
E角＞E边＞E面
例如：
又由于冰晶不停地运动，所处的温度 和湿度条件也不断变化，使各部分增 长的速度不一致，从而形成各种各样 的雪花。
冰晶降水过程的几种可能情况
吸附液态水滴 成为大的冰晶
大的冰晶碰撞而 破碎成效的冰晶
冰晶碰撞站在一起 形成雪片
冷暖水滴共存： 当云中有不同温度的水滴时，如果存 在着E冷<e<E暖时，冷水滴因凝结而不断 长大，暖水滴因不断蒸发而变小。 大小水滴共存： 暖云中存在着大小水滴，当E大<e<E小 时，小水滴因不断蒸发而变小，大小滴因不 断凝结而变大 －－凝结增长。