大气降水PPT课件.ppt

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D100 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 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 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 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 冰面的饱和水汽压比水面小 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 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 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 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 15 充分的水汽供应和空气的绝热上升运动 水汽的扩散转移过程 冷暖云滴之间 大小云滴之间 过冷却水滴与冰晶之间 冰晶效应 2019 12 28 以上三个条件 其中冰水共存 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 17 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 2019 12 28 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 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 15 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 影响因素 含水量愈多 水滴的大小愈不均匀 云滴增长愈快 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 300 350 m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 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 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 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 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 E角 e E边 E面 水汽在边上 面上凝华 因E边 E面 边上凝华比面上快 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 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 E角 E边 e E面 水汽只在面上凝华 柱状 针状雪花 2019 12 28 31 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 强烈的上升气流和下降气流 冻结高度 霜打一片 雹打一条线 水云 冰水共存 冰晶 雪花过冷水共存 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 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 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 台风雨 二 全球降水量分布 影响因素 纬度 海陆分布 大气环流 地形赤道多雨带 上升气流强 多对流雨副热带少雨带 信风带的西岸 背风海岸 副热带地区的中部 下沉气流区 中纬多雨带 西风带大陆西岸 迎风海岸 冷暖气流交绥区 高纬少雨带 纬度高 气温低 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 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 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 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 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 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 能迅速变成大水滴 再经过 合并 作用 不断地 吞并 其他水滴 最终成为雨滴掉下来 如 我国南方食盐消耗量大 效率低 要求飞机有较大的载量 2 直接播撒大水滴 拓宽滴谱 加速冲并增长 如 美国 澳大利亚 我国要求飞机有较大的载量 效能不如播撒吸湿性物质 五 人工降水 小结 一 冷云降水 1 冷云 云体中一部分或全部云体T 0 成分 全部是冰晶或过冷却水滴 或两者都