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降水

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降水(precipitation)是一種大氣中的水汽凝結後以液態水或固態水降落到地面的現象 [1]  ,是自然界中發生的等現象的統稱。它是受地理位置大氣環流天氣系統條件等因素綜合影響的產物,是水循環過程的最基本環節,又是水量平衡方程中的基本參數。降水是地表徑流的本源,亦是地下水的主要補給來源。降水在空間分佈上的不均勻與時間變化上的不穩定性又是引起洪、澇、旱災的直接原因。 [2] 
中文名
降水
外文名
precipitation [1] 
影響因素
地理位置、大氣環流天氣系統 [2] 
形成條件
充足水汽、氣塊抬升並冷卻凝結、較多凝結核 [3] 
見載刊物
《大氣科學名詞(第三版)》 科學出版社
公佈時間
2009年 [5] 

降水降水的形成

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降水是雲中的水分以液態或固態的形式降落到地面的現象,它包括雨夾雪、米雪、冰雹冰粒冰針等降水形式。形成降水的條件有三個:①要有充足的水汽;②要使氣塊能夠抬升並冷卻凝結;③要有較多的凝結核。當大量的暖濕空氣源源不斷地輸入雨區,如果這裏存在使地面空氣強烈上升的機制,如暴雨天氣系統,使暖濕空氣迅速抬升,上升的空氣因膨脹做功消耗內能而冷卻,當温度低於露點後,水汽凝結成愈來愈大的雲滴,雲滴凝結增大,合併碰撞增大,相互吸引增大,上升氣流不能浮托時,便造成降水。地面暖濕空氣→抬升冷卻→凝結為大量的雲滴→降落成雨。 [3]  人工降水就是根據自然降水形成的原理,人為補充某些形成降水的必需條件。促進雲滴迅速凝結並與其他雲滴碰撞合併而增大形成降水。對於不同的雲,需採用不同的催化方法。 [4] 
我國的降水主要是由東南季風帶來的,東南季風為我國帶來海洋的水汽,我國東南沿海地區會最先得到東南季風帶來的水汽,形成豐富的降水,也就成為了我國年降水量最為豐富的地區。西南季風也為我國帶來降水,可影響到我國華南一帶;當西南季風發展強盛時,也可深入到長江流域。由於我國的降水主要是由東南季風帶來海洋的水汽而形成,受夏季風的影響,降水自東南沿海向西北內陸逐漸減少。我國北方的華北、東北地區相對於西北地區較近海洋,在每年7月下旬至8月上旬會進入全年中降水較多的雨季。而我國北方的西北地區由於深居內陸,距海遙遠,成為我國年降水量最少的乾旱地區。

降水降水量觀測

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降水雨量器

圖1 雨量器示意圖 圖1 雨量器示意圖 [1]
如圖1是最簡單的測雨器,其上部的漏斗口呈圓形,內徑20cm,其下部放儲水瓶,用以收集雨水。量測降水量則用特製的雨量杯進行,每一小格的水量相當於降雨0.1mm,每一大格的水量相當於降雨1.0mm,使用雨量器的測站一般採用定時分段觀測制,把一天24h分成幾個時段進行,並按北京標準時間以8時作為日分界點。 [1] 

降水稱重式自記雨量計

隨時間連續記錄承雨器收集的累積降水量。記錄方式可以用機械發條裝置或平衡錘系統,將全部降水量的重量如數記錄下來,並能夠記錄雪、冰雹及雨雪混合降水。 [1] 

降水虹吸式自記雨量計

虹吸式自記雨量計示意圖 虹吸式自記雨量計示意圖 [1]
承雨器將雨量導入浮子室,浮子隨注入的雨水增加而上升,帶動自記筆在附有時鐘的轉筒記錄紙上連續記錄隨時間累積增加的雨量。當累積雨量達10mm時,自行進行虹吸,使自記筆立即垂直下落到記錄紙上縱座標的零點,以後又開始記錄。從自記雨量計記錄紙上,可以確定出降雨的起止時間、雨量大小、降雨強度等的變化過程,是推求降雨強度和確定暴雨公式的重要資料。使用時,應和雨量器同時進行觀測,以便核對,因為該雨量計有時會出現較大的誤差,特別是在暴雨強度很大的情況下。 [1] 

降水翻鬥式自記雨量計

翻鬥式自記雨量計示意圖 翻鬥式自記雨量計示意圖 [1]
翻鬥式雨量傳感器是用來測量自然界降雨量,同時將降雨量轉換為一開關形式表示的數字信息量輸出,以滿足信息傳輸、處理、記錄和顯示等的需要。翻鬥式雨量傳感器適用於氣象台(站)、水文站、農林、國防等有關部門用來遙測液體降水量、降水強度、降水起止時間。 [1] 
翻鬥式雨量計是由感應器及信號記錄器組成的遙測雨量儀器。其工作原理為:雨水由最上端的承水口進入承水器,落入漏斗,經漏斗口流入翻鬥,當積水量達到一定高度(如0.1mm)時,翻鬥失去平衡翻倒。而每一次翻鬥傾倒,都使開關接通電路,向記錄器輸送一個脈衝信號,記錄器控制自記筆將雨量記錄下來,如此往復可將降雨過程測量下來。 [1] 

降水降水的種類

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降水根據其不同的物理特徵可分為液態降水和固態體降水。液態降水有毛毛雨、雷陣雨、凍雨陣雨等,固態降水有等,還有液態固態混合型降水,如雨夾雪等。 [3] 

降水

降落到地面的液態水稱為雨,按其性質可分為:①連續性降水,時間長,尺度中等;②陣性降水,時間短,強度大;③毛毛雨,形如牛毛。 [3] 
根據其強度可分為小雨中雨大雨暴雨大暴雨、特大暴雨等,具體通過降水量來區分。 [3] 
降水等級劃分表
用語
12h降水總量/mm
24h降水總量/mm
毛毛雨、小雨、陣雨
<5.0
0.1~9.9
中雨
5.0~14.9
10.0~24.9
大雨
15.0~29.9
25.0~49.9
暴雨
30.0~69.9
50.0~99.9
大暴雨
70.0~139.9
100.0~249.9
特大暴雨
≥140.0
≥250.0 [3] 
小雨:雨點清晰可見,無漂浮現象,下地不四濺,窪地積水很慢,屋上雨聲微弱,屋檐只有滴水,12h內降水量小於5mm或24h內降水量小於10mm的降雨過程。 [3] 
中雨:雨落如線,雨滴不易分辨,落硬地四濺,窪地積水較快,屋頂有沙沙雨聲,12h內降水量5~15mm或24h內降水量10~25mm的降雨過程。 [3] 
大雨:雨降如傾盆,模糊成片,窪地積水極快,屋頂有嘩嘩雨聲,12h內降水量15~30mm或24h內降水量25~50mm的降雨過程。 [3] 
暴雨:凡24h內降水量超過50mm的降雨過程統稱為暴雨。根據暴雨的強度可分為:暴雨、大暴雨、特大暴雨三種。暴雨:12h內降水量30~70mm或24h內降水量50~100mm的降雨過程;大暴雨:12h內降水量70~140mm或24h內降水量100~250mm的降雨過程;特大暴雨:12h內降水量大於140mm或24h內降水量大於250mm的降雨過程。 [3] 
大氣中氣流上升的方式不同,導致降水的成因亦不同。按照氣流上升的特點,降水可分為三個基本類型。 [3] 
(1)對流雨。由於近地面氣層強烈受熱,造成不穩定的對流運動,使氣塊強烈上升,氣温急劇下降,水汽迅速達到過飽和而產生降水,稱其為對流雨。對流雨常以暴雨形式出現,並伴隨雷電現象,故又稱熱雷雨。從全球範圍來説,赤道地區全年以對流雨為主,我國通常只見於夏季。 [3] 
(2)地形雨。暖濕氣流運動中受到較高的山地阻礙被迫抬升而絕熱冷卻,當達到凝結高度時,便產生凝結降水,也就是地形雨。地形雨多發生在山地的迎風坡 [3] 
(3)鋒面雨。當兩種物理性質不同的氣團相接觸時,暖濕氣流交界面上升而絕熱冷卻,達到凝結高度時便產生降水,稱其為鋒面雨。鋒面雨一般具有雨區廣、持續時間長的特點。在温帶地區,包括我國絕大部分地區,鋒面雨佔有重要地位。 [3] 

降水

小雪:12h內降雪量小於1.0mm(摺合為融化後的雨水量,下同)或24h內降雪量小於2.5mm的降雪過程。 [3] 
中雪:12h內降雪量1.0~3.0mm或24h內降雪量2.5~5.0mm或積雪深度達3cm的降雪過程。 [3] 
大雪:12h內降雪量3.0~6.0mm或24h內降雪量5.0~10.0mm或積雪深度達5cm的降雪過程。 [3] 
暴雪:12h內降雪量大於6.0mm或24h內降雪量大於10.0mm或積雪深度達8cm的降雪過程。 [3] 

降水

白色不透明的小冰球,由過冷水在冰晶的各個方向上凍結而成,其直徑為2~5mm,落在地上反跳,常出現在降雨之前。 [4] 

降水

由透明和不透明的冰層相間組成的固態降水。冰雹多為球形,直徑幾毫米到幾十毫米,多從發展旺盛的積雨雲中降落。 [4] 

降水降水要素

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降水降水(總)量

對某一測點而言,指一定口徑承雨面積上的降水深度,亦可指某一面積上的一次降水總量,單位以m3、億m3計或以降水深度(mm)表示。在研究降雨量時,很少以一場雨為對象,一般常以單位時間表示,年平均降雨量指多年觀測所得的各年降雨量的平均值;月平均降雨量指多年觀測所得的各月降雨量的平均值;年最大降雨量指多年觀測所得的一年中降雨量最大一日的絕對量。 [1] 

降水降水歷時與降水時間

前者是指一場降水自始至終所經歷的時間;後者指對應於某一場降水量而言,其時間長短通常是人為劃定的(如1,3,24h或1,3,7d等),在此時段內並非意味着連續的降水。用t表示,以min或h計。 [1] 

降水降水強度

簡稱雨強,指單位時間單位面積上的降雨量,以mm/min,mm/h或mm/d計,用i表示,
(mm/min),在工程上,暴雨強度常用單位時間內單位面積上的降雨體積q(L●s-1●10-4m2)表示,qi之間的換算關係是將每分鐘的降雨深度換算成每公頃面積上每秒鐘的降雨體積,即 [1] 
[1] 
式中,q為暴雨強度(L●s-1●hm-2))。 [1] 
降水量、降水歷時和降水強度一般被稱為降水三要素。 [1] 

降水降水面積和匯水面積

降水面積即指降水所籠罩的面積,匯水面積是指雨水管渠彙集雨水的面積,用F表示,以公頃(hm2)或平方千米(km2)計。 [1] 

降水降水量的表示方法

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為了充分反映降水的空間分佈與時間變化規律,常用降水過程線、降水曲線、等降水量線以及降水量綜合曲線來表示。 [1] 

降水降水量過程線

雨量過程線和雨量累計曲線 雨量過程線和雨量累計曲線 [1]
以一定時段(時、日、月、年)為單位所表示的降水量在時間上的變化過程,可用曲線或直方圖表示,它是分析流域產流、匯流與洪水的基本資料,但此曲線圖只包含有降水強度、降水時間,而不包含降水面積的因素。此外,如果用較長的時間為單位,由於時段內降水可能時斷時續,因此,過程線往往不能反映降水的真實過程。 [1] 

降水降水量累積曲線

此曲線以時間為橫座標,縱座標代表自降水開始到各時刻降水量的累計值。自記雨量計記錄紙上的曲線,即降水量累積曲線。曲線上每個時段的平均坡度為各時段內的平均降水強度I,即 [1] 
如取時段很短,即Δt→0,則可得出瞬時雨強i,即 [1] 
[1] 
如果將相鄰雨量站在同一次降水的累積曲線繪在一起,可以用於分析降水的空間分佈與時間上的變化特徵。 [1] 

降水等降水量線(或等雨量線)

是指在同一時間段某流域內降水量相等點的連線。圖的作法與地形圖上的等高線作法類似。等雨量線綜合反映了一定時段內降水量在空間上的分佈變化規律。從等降水量線圖上可以查取各地的降水量,以及降水的面積,但無法判斷出降水強度的變化過程與降水歷時。 [1] 

降水降水特性綜合曲線

常用的降水特徵綜合曲線有以下三種。 [1] 
  1. 強度-歷時曲線 [1] 
圖1 降水強度-歷時曲線 圖1 降水強度-歷時曲線 [1]
曲線繪製方法是根據一場降水記錄,統計其不同歷時內最大的平均雨強,而後以雨強為縱座標,歷時為橫座標,點繪而成。由圖1可知,同一場降雨過程中雨強與歷時之間成反比關係,即歷時越短,雨強越高,此曲線可用下面經驗公式表示: [1] 
式中t為降水歷時,單位為h;s為暴雨參數,又稱雨力,相當於t=1h的雨強;n為暴雨衰減指數,一般為0.5~0.7;it為相應歷時t的降水平均強度,單位為mm/h。 [1] 
(2)平均深度-面積曲線 [1] 
這是反映同一場降水過程中,雨深與面積之間對應關係的曲線,一般規律是面積越大平均雨深越小。曲線的繪製方法是,從等雨量中心起,分別量取不同等雨量線所包圍的面積內的平均雨深,點繪而成。 [1] 
降水平均深度-歷時曲線 降水平均深度-歷時曲線 [1]
(3)雨深-面積-歷時曲線 [1] 
曲線繪製的方法是,對一場降水,分別選取不同歷時(如1d,2d,…)的等雨量線,做出平均雨深面積曲線並綜合點繪於同一圖上。其一般規律是:面積一定時,歷時越長,平均雨深越大;歷時一定時,則面積越大,平均雨深越小。 [1] 

降水降水的計算方法

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降雨強度在整個流域上是變化的,特別是對流型暴雨,暴雨不僅有中心,並且可以用等雨量線表示,同時降雨也可以在流域上運動。雨量站觀測的降雨量只代表那一點的降雨,而形成河川徑流的則是整個流域上的降雨量,對此,可用流域平均雨量(或稱面雨量)來反映。多年來廣泛使用的確定某一地區平均降雨量的方法有三種。 [1] 

降水算術平均法

流域內各站同一時段的雨量進行算術平均。即 [1] 
[1] 
式中P為某一指定時段的流域平均雨量,單位為mm;n為流域內的雨量站數;Pi為流域內第i站指定時段的雨量,單位為mm,i=1,2,…,N。 [1] 
這種方法只適合地形較為平坦、雨量站均勻分佈並且各測站的觀測值與平均值相差不大的地區。 [1] 

降水泰森多邊形法

圖2 流域雨量站分佈及泰森多邊形的繪製 圖2 流域雨量站分佈及泰森多邊形的繪製 [1]
該法假定流域上各點的雨量以其最近的雨量站的雨量為代表,因此需要採用一定的方法推求各站代表的在流域中距其最近的點的面積,這些站代表的面積圖稱泰森多邊形 [1] 
其作法是:先用直線(圖2中的虛線)就近連接各站為多個三角形,然後作各連線的垂直平分線,他們與流域分水線一起組成n個多邊形,每個多邊形的面積,就是其中的雨量站代表的面積。設第i站代表的面積為fi,雨量為P,則該法計算流域平均雨量的公式為 [1] 
式中,fi/F為第i站代表面積佔流域面積的比值,稱權重。 [1] 

降水等雨量線法

流城雨量站分佈及等雨量線圖 流城雨量站分佈及等雨量線圖 [1]
根據流域及附近的雨量站觀測的同一時段的雨量值,參考地形影響,類似繪製地形等高線,畫出雨量等值線圖,然後量出相鄰等值線間的流域面積fi,即可按下式計算流域平均雨量P [1] 
式中,Pi為第i塊面積為fi的平均雨量,等於相鄰的2條等值線數值的平均數。 [1] 
等雨量線即是降雨量的等值線,是在地圖上表示每一地點的降雨觀測值和插補值,這種方法提供了更多的靈活性,通常被認為是最精確的方法。 [1] 

降水我國降水分佈特點

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受地理位置和氣候條件因素的影響,我國的降水具有以下特點。 [1] 

降水年降水量地區分佈不均

總的特點是東南部濕潤多雨、向西北內陸逐漸遞減,廣大西北內陸地區(除新疆西北部個別地區)氣候乾燥,降水很少。根據我國各地降水量分佈的特點,全國大致劃分為五個不同的類型地帶。 [1] 
(1)十分濕潤帶。相當於年平均降水量1600mm以上的地區。主要包括浙江大部、福建、台灣、廣東、江西、湖南山地、廣西東部、雲南西南和西藏東南隅等地區。 [1] 
(2)濕潤帶。相當於年平均降水量1600~800mm的地區。包括沂沭河下游、淮河秦嶺以南廣大的長江中下游地區、雲南、貴州、廣西和四川大部分地區。 [1] 
(3)過渡帶。通常又叫半乾旱、半濕潤帶。相當於年平均降水量800~400mm的地區。包括黃淮海平原、東北、山西、陝西的大部、甘肅、青海東南部、新疆北部、西部山地、四川西北部和西藏東部地區。 [1] 
(4)乾旱帶。相當於年平均降水量400~200mm的地區。包括東北西部、內蒙古、寧夏、甘肅大部、青海、新疆西北部和西藏部分地區。 [1] 
(5)十分乾旱帶。相當於年平均降水量200mm以下的地區。包括內蒙古大部、寧夏,甘肅北部地區、青海的柴達木盆地、新疆塔里木盆地準噶爾盆地及廣闊的藏北羌塘地區。 [1] 

降水降水量的年際變化很大

我國的降水由於受季風氣候的影響,降水的年際變化更大、更突出。 [1] 
(1)不同地區年降水量極值的對比:降水量年際變化的大小,通常可用實測年降水量的最大值和最小值的比值Km來反映。Km越大,説明降水量的年際變化就越大;Km越小,説明降水量年際之間均勻,變化很小。就全國而言,年降水量變化最大的是華北和西北地區,豐水年枯水年降水量之比一般可達3~5倍,個別乾旱地區高達10倍以上。這是因為越是乾旱地區,其年降水量絕對值小,相對誤差大的因素起了一定作用。我國南方濕潤地區降水量的年際變化相對北方要小,一般豐水年降水量為枯水年的1.5~2.0倍。 [1] 
(2)不同地區年降水量變差係數Cv值的變化情況:年降水量變差係數Cv值的變化越大,表示年降水量的年際變化越大;反之則越小。我國年降水量變差係數在地區上的分佈情況如下:西北地區,除天山阿爾泰山祁連山等地年降水量變差係數較小以外,大部分地區的Cv值在0.40以上,個別乾旱盆地的年降水量Cv值可高達0.7以上。 [1] 
因此,廣大西北地區的年降水變差係數是全國範圍內的高值區;次高值區是華北和黃河中、下游的大部地區,為0.25~0.35。黃河中游的個別地區也在0.4以上。東北大部地區年降水量Cv值一般為0.22左右,東北的西部地區,可高達0.3左右。南方十分濕潤帶和濕潤帶地區是全國降水量變差係數Cv值變化最小的地區,一般在0.20以下,但東南沿海某些經常遭受颱風襲擊的地區,受颱風暴雨的影響,年降水變差係數Cv值一般在0.25以上。 [1] 

降水降水的年內分配不均

我國大部地區的降水受東南季風西南季風的影響,雨季隨東南季風和西南季風的進退變化而變化。除個別地區外,我國大部分地區降水的年內分配很不均勻。冬季,我國大陸受西伯利亞乾冷氣團的控制,氣候寒冷,雨雪較少。春暖以後,南方地區開始進入雨季,隨後雨帶不斷北移。進入夏季後,全國大部地區都處在雨季,雨量集中,是舉國的防汛期。因此,我國的氣候具有雨熱同期的顯著特點。秋季,隨着夏季風的迅速南撤,天氣很快變涼,雨季也告結束。 [1] 
從年內降水時間上看,我國長江以南廣大地區夏季風來得早,去得晚,雨季較長,多雨季節一般為3~8月或4~9月,汛期連續最大4個月的雨量佔全年雨量的50%~60%。華北和東北地區的雨季為6-9月,這裏是全國降水量年內分配最不均勻和集中程度最高的地區之一。汛期連續最大4個月的降水量可佔全年降水量的70%~80%,有時甚至一年的降水量中的絕大部分集中在一兩場暴雨中。例如1963年8月海河流域的一場特大暴雨,最大7天降水量佔年降水量的80%。北方不少地區汛期1個月的降水量可佔年降水量的半數以上。 [1] 
和世界上某些國家相比,我國降水的年內分配不均的程度和印度大體相仿,但與西歐一些國家相比,我國降水年內分配不均的程度比歐洲一些國家嚴重得多。 [1] 
歐洲,如英國西德匈牙利等,境內降水量年內分配都比較均勻,與我國同緯度某些雨量站資料相比,它們的最大月降水量一般佔年降水總量的9.6%~14.9%,我國高達24.2%~32.9%。也就是説,我國一些雨量站最大月降水量的集中程度是歐洲國家的2倍以上。歐洲國家中連續最大4個月降水量一般佔全年降水量的36.2%~54.5%,我國高達72.2%~81.9%,也是2倍左右。 [1] 
由於我國降水年內分配不均,尤其廣大北方地區較南方地區更為嚴重,這是造成我國旱澇災害頻繁的主要原因之一,它給農業生產帶來很大威脅。因此,在我國如不發展灌溉,農業生產就沒有保證。雨水排除系統所要排除的雨水,絕大部分是在較短促的時間內降落的,屬暴雨性質,形成的雨水徑流量比較大。 [1] 
參考資料
  • 1.    陶濤.水文學與水文地質:同濟大學出版社,2017.06:94-102
  • 2.    邵麗鷗主編.生命之源 地球水資源:吉林美術出版社,2014.01:19
  • 3.    陶濤,信崑崙編著.水文學:同濟大學出版社,2008.05:17
  • 4.    肖金香,穆彪,胡飛編著.農業氣象學:高等教育出版社,2009.02:92
  • 5.    降水  .911查詢[引用日期2021-07-06]