3第三章第三节降水

在雨的形成过程中，大水滴起着重要作用。当水滴 半径增大到2—3mm时，水分子间的引力难以维持这样大 的水滴，在降落途中，就很容易受气流的冲击而分裂， 通过“连锁反应”，使大水滴下降，小水滴继续存在， 形成新的大水滴。这是上升气流较强的水成云和混合云 中形成雨的重要原因。
（二） 雪的形成
在混合云中，由于冰水共存使冰晶不断凝华增大， 成为雪花。
✓ 加之冰晶不停地运动，它所处的温度和湿度条件也不断 变化，这样就使得冰晶各部分增长的速度不一致，形成多种多
样的雪花。
三、 各类云的降水
（一）层状云的降水
层状云一般包括雨层云、高层云、卷层云和卷云。
卷层云中含水量较小，云底又高，所以除了高纬
度地区的卷层云可以降微雪外一般是不降水的。
雨层云和高层云的降水与云厚和云高有密切关系，
当云下气温低于00C时，雪花可以一直落到地面而 形成降雪。当云下气温高于00C时，则可能出现雨 夹雪。
雪花的形状极多，有星状、柱状、片状等等，但基 本形状是六角形。
e＞E面---柱状，e＞E边---片状， e＞E角---枝状或 星状
雪花的形状之谜
雪花，呈六角形，花样繁多。 是因为冰的分子以六角形为最多，对于六角形片状
✓ 当实有水汽压大于边上的饱和水汽压时，边上和面上都 会发生凝华。由于凝华的速度还与曲率有关，曲率大的 地方凝华较快，故在冰晶边上凝华比面上快，多形成片 状雪花。
✓ 当实有水汽压大于角上的饱和水汽压时，虽然面上、边 上、角上都有水汽凝华，但尖角处位置突出，水汽供应 最充分，凝华增长得最快，故多形成枝状或星状雪花。
两种云滴增大过程在由云滴转化为降水的过程中始终存 在。
但观测表明，在云滴增长的初期，凝结（凝华）增长为 主，冲并为次。当云滴增大到一定阶段（一般直径达5070μm）后，凝结（或凝华）增长退居次要地位，而以重 力冲并为主。
在低纬度地区，云中出现冰水共存的机会较少，形成所 谓暖云（指整个云体的温度在00C以上，云体由水滴组成， 又称为水成云）降水，这时冲并作用更为重要。
它们作为新一代的胚胎而增长，当大到临界半径后，再次破 碎分裂而重复上述过程。
云中水滴增大—破碎—增大—破碎的循环往复称之为“链锁 反应”，有时也称为暖云（降水）的繁生机制。
雷‘阵’雨：大量雨滴产生下降趋势，破坏云结 构，使其不再持续
二、 雨和雪的形成
（一） 雨的形成 （水成云、冰成云、混合云）
云滴增长中的链锁反应
大水滴在空气中下降时不再保持球形，开始下降时，底部平
整，上部因表面张力而保持原来的球形。
当水滴继续增大，在空气中下降时，还要受到周围作用在水滴上的压力 以及因重力引起的水滴内部的静压力差，二者均随水滴的增长及下降而
不断增大。
在三种力的作用下，水滴变形越来越剧烈，底部向内凹陷， 形成一个空腔。空腔越变越大，越变越深，上部越变越薄， 最后破碎成许多大小不同的水滴。
冰水云滴共存的作用更为重要（饱和压差大）----冰晶效应 因需空气水汽补充，这种增长难以独立发展
（二）云滴的冲并增长
大小云滴之间发生冲并而合并增大的过程，称为冲 并增长过程。
云滴下降过程中，V大云滴＞V小云滴，大 云滴很快追上小云滴，大小云滴相互碰 撞而粘附起来，成为较大的云滴。 在有上升气流时， V小云滴＞ V大云滴，小 云滴也会追上大云滴并与之合并，成为 更大的云滴。 云滴增大以后，它的横截面积变大，在 下降过程中又可合并更多的小云滴。 图3-13 大小水滴在下落过
云愈厚、愈低，降水就愈强。雨层云比高层云的 降水大得多，也主要是这个缘故。
降水性质：连续性的，持续时间长，降水强度变 化小。
（二）积状云水
积状云一般包括淡积云、浓积云和积雨云。 淡积云：云薄，云中含水量少，而且水滴又小，
所以一般不降水。 浓积云：是否降水则随地区而异。在中高纬度
地区，浓积云很少降水。在低纬度地区，可降 较大的阵雨。 积雨云：能降大的阵雨、阵雪，有时还可下冰 雹。（冰水共存的混合云，云的厚度和云中含 水量都很大，云中升降气流强，因此云滴的凝 华增长和冲并作用均很强烈）。 积状云的降水是阵性的，这是因为它的水平范 围小，另一方面是由于云中升降气流多变化。
由液态水滴（包括过冷却水滴）所组成的云体称为水成云。 水成云内如果具备了云滴增大为雨滴的条件，并使雨滴具 有一定的下降速度，这时降落下来的就是雨或毛毛雨。
由冰晶组成的云体称为冰成云，由水滴（主要是过冷却水 滴）和冰晶共同组成的云称为混合云。
从冰成云或混合云中降下的冰晶或雪花，下落到00C以上 的气层内，融化以后也成为雨滴下落到地面，形成降雨。
程中的冲并
冲并增长速度影响因素
水滴重力冲并增长的快慢程度与云中含水量及大小
水滴的相对速度成正比：云中含水量越大，大小水
滴的相对速度越大，则单位时间内冲并的小水滴越 多，重力冲并增长越快。 由于云中分子的不规则运动、云中空气的湍流混合、 云滴带有正负电荷以及流体吸力等原因，也可引起 云滴的相互冲并。
一、云滴增长的物理过程
云滴：半径小于100um的水滴 雨滴：半径大于100um的水滴，小雨滴不能克服空气阻力和上升
气流的顶托 只有当云滴增长到能克服空气阻力和上升气流的顶托，并 且在降落至地面的过程中不致被蒸发掉时，降水才形成。 标准雨滴半径为1000um。
(一)云滴凝结(或凝华)增长 冰晶效应、凝结增长、冷暖共存云滴
(二)云滴的冲并增长
（一） 云滴凝结（或凝华）增长
-----云滴依靠水汽分子在其表面上凝聚而增长的过程。
当云体上升绝热冷却，或云外不断有水汽输入云中，使云内空气中的水汽 压大于云滴的饱和水汽压时，云滴就能够由水汽凝结（或凝华）而增长。
只有当云层内部存在着冰水共存、冷暖云滴、大小水滴共存的 任一种条件时，产生水汽从一种云滴转化至另一种云滴上的扩 散转移过程，才能使凝结（或凝华）增长不断地进行。
冰晶来说，由于它的面上、边上和角上的曲率不同， 相应地具有不同的饱和水汽压，其中角上的饱和水 汽压最大，边上次之，平面上最小。 在相同实际水汽压条件下，由于冰晶各部分饱和水汽 压不同，其凝华增长的情况也不相同。
雪花不同形状的形成与水汽压
✓ 当实有水汽压仅大于平面的饱和水汽压时，水汽只在面 上凝华，形成的是柱状雪花。