第三节 降水.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,一、降水的概念与指标,（一)降水 降水是自然界中发生的雨、雪、露、霜、霰、雹等现象的统称。其中以雨、雪为主，就我国而言更以降雨为最重要。,水滴或固态冰雪颗粒，在重力作用下，克服空气阻力，从空中降落到地面的现象称为降水。,雨,雪,露,雹,霜,第三节,降 水,（二）降水指标（要素）,1.降水（总）量,降水量是指在一定时间内降落在某一面积上的水量，一般用,mm,表示。,常用的降水量有次降水量、日降水量、月降水量、年降水量、最大降水量、最小降水量等。次降水量是指一次降水开始到结束时所降的水量。日降水量是指一日中的降水量，月降水量是指一月中的降水总量、年降水量是一年中的降水总量。最大降水量是指一次、一日、或一月、或一年中降水的最大量。,在各种水文资料中，降水量除特别注明外，均指降水深度。,2.降水历时与降水时间,降水历时是指从降水开始到降水结束所经历的时间。一般以小时、分表示。,降水时间是对应于某一降水量的时间长。,一般为天、月等，如,1,日最大降水量，此时的一日即为降水时间，降水历时与降水时间最大的区别在于降水时间内，降水并不一定连续。,3.降水强度,简称雨强，指单位时间内的降水量，以毫米,/,分或毫米,/,时计。,在实际工作中常根据雨强进行分级，常用分级标准如表所示。,等级,12,h,降水量,24,h,降水量,小雨,0.15.0,10,中雨,515,1025,大雨,1530,2550,暴雨,3070,50100,大暴雨,70140,100200,特大暴雨,140,200,4.降水面积：即降水所笼罩的面积，以平方公里计。,二、降水的分类,水汽,、,上升运动,和,冷却凝结（凝结核）,是形成降水的三个因素。,（,一）降水成因,（二）、降水的类型 从不同的角度，降水有多种类型。,1.按降水性质分：连续性降水、阵性降水、毛毛状降水,、,连续性降水（绵雨）,指从雨层云或高层云中的降水，具有,持续时间较长、强度变化小、降水面积较大 特点。,、,阵性降水（阵雨）,从积雨云和浓积云中的降水，具有持续,时间短、强度变化大、降水范围小、分布不均 特点，有明显的阵性。中低纬地区夏季最为常见。,、,毛毛状降水（毛毛雨）,从层云或层积云中降下的雨、雪。具有,降水强度很小、落在水面无波纹、落在地面无湿斑。,2.按降水强度分：小雨、中雨、大雨、暴雨、特大暴雨；小雪、中雪、大雪（如下表，单位：,mm）,等级,12,h,降水量,24,h,降水量,1,h,降水量,雪：,mm/,日,小雨,0.15.0,10,2.5,小雪：,2.5,中雨,515,1025,2.58,中雪：,2.55,大雨,1530,2550,816,大雪：,5,暴雨,3070,50100,16,大暴雨,70140,100200,特大暴雨,140,200,3.按降水成因分：,1）气旋雨,2）对流雨,3）地形雨,4）台风雨,1）气旋雨：,气旋或低气压过境带来的降雨称为气旋雨。,气旋雨,非锋面雨,锋面雨,暖锋雨,冷锋雨,非锋面雨,气流向低压区辐合引起气流上升冷却产生降雨。,锋面雨,冷气团楔入暖气团底部迫使暖气团抬升形成降雨。,气团,物理属性水平分布比较均匀的大范围空气团。,峰面,两种性质不同的气团之间狭窄而倾斜的过渡带。,峰在空间是倾斜的，且向冷空气一侧倾斜。,暖锋雨：,冷暖气团相遇时，暖湿气团推动锋面向冷气团一侧移动。峰后暖空气一方面向冷空气方向推进，同时又沿锋面缓慢上升，在上升过程中冷却而产生降雨。因暖锋坡度很小，一般为,1:150,，故暖锋雨降雨面积大、雨强小、历时长。,锋面雨的形成,暖锋雨,冷气团,暖气团,暖气团,冷气团,暖气团,冷气团,暖气团,冷气团,暖气团,冷气团,暖气团,冷气团,暖气团,冷气团,暖气团,冷气团,特点：落区大,雨强小,历时长,冷锋雨：,冷暖气团相遇时，冷燥气团楔入到暖湿气团之下，使暖湿气团上升冷却而产生降雨。,根据移动速度可分为缓行冷锋和急型冷锋。,缓行冷锋的降水与暖锋相似；,急行冷锋移动较快，坡度较大，约为,1:70,，故降水范围小、雨强大、历时短。,冷锋雨的形成示意图,冷气团,暖气团,冷气团,暖气团,冷气团,暖气团,冷气团,暖气团,缓行冷锋,急行冷锋,暖气团,暖气团,暖气团,暖气团,特点：落区小,雨强大,历时短,2）对流雨：,地面受热升温，下层空气膨胀上升和上层空气形成对流运动。下层暖湿空气上升到高空遇冷凝结形成降雨。,可形成雷雨的秃积云（云图）,可形成雷雨的鬃积雨云（云图）,特点：,多发生在夏季午后，强度大、面积小、历时短。,成都市,南京市,北京市,特点：,降雨不均，暴雨强度极大，历时较短。,3）台风雨：,热带海洋上的风暴登陆大陆所引起的降雨称为台风雨。,2000,年,8,月,22,日在台湾登陆的台风碧利斯,2005,年,8,月,8,日台风“麦莎”,台风“艾利”影响浙江,台风登陆法国,被冲毁后的板桥水库,如今的板桥水库,特点：,降雨不均，暴雨强度极大，历时较短。,4）地形雨：,由于地形的抬升作用导致的降雨称为地形雨。,三、降水的观测,（,一）器测法,（二）雷达探测,（三）气象卫星云图,四、点降水（降水要素）时空分布的表示方法,为了充分反映降水的空间分布与时间变化规律，常用降水过程线、降水累积曲线、等降水量线以及降水特性综合曲线表示降水的特性。,1.,降水量过程线,2.,降水量累积曲线,3.,等雨量线,（一）降水过程线,降水过程线：指以时间为横坐标，降水量为纵坐标绘制成的降水量随时间的变化曲线。可用降水量柱状图或曲线图表示。,根据每日降水量可绘制逐日降水量过程线，根据每月降水量可绘制逐月降水量过程线，根据历年降水量可绘制逐年降水量过程线。逐日降水量过程线大都不连续，因为在一月内或一年中不是每日都有降水。,常用逐时降水量过程线（雨强过程线）反映暴雨过程。,（二）降水累积曲线,以时间为横坐标，纵坐标表示自降水开始到各时刻降水量的累积值，如图,213,所示。,自记雨量计记录纸上的曲线，即是降水量累积曲线。,降水量累积曲线上每个时段的平均坡度是各时段内的平均降水强度，即,i=P/t（2-51）,如果所取时段很短，即,t0，,则可得出瞬时雨强,i，,即,i=,dP,/,dt,。,即累积曲线上任一点的斜率就是该时刻的降水强度。,如果将相邻雨量站的同一次降水的累积曲线绘在一起，可用来分析降水的空间分布与时程的变化特征。,时间,时段降雨,累积降雨,13:42,0,0,14:00,11.5,11.5,14:30,33.5,45.0,15:34,31.9,76.9,17:00,1.6,78.5,18:10,2.2,80.7,时间,累积降雨,时段降雨,13:00,0,0,14:00,11.5,11.5,15:00,60.0,48.5,16:00,77.0,17.0,17:00,78.5,1.5,18:00,80.7,2.2,（三）等降水量线又称等雨量线,在一个较大的区域内，常用等降水量线表现区域内降水的分布情况。,所谓等降水量线是区域内降水量相等地各点连成的曲线，它反映区域内降水的分布变化规律，在等降水量线图上可以查出各地的降水量和降水面积，但无法确定降水历时和降水强度。,等,雨量线的做法类似于地形图等高线的做法。,等雨量所表示的降水分布与实际降水分布的符合程度取决于：,(1)雨量站位置(是否为雨情控制点)；(2)雨量站数目,某流域内有7个雨量站，根据各站6小时雨量资料绘出其等雨量线。,90,70,50,40,110,120,80,98,65,62,47,36,五、区域平均降水量（,面降水）,的计算,通常，雨量站所观测的降水记录，只代表该地小范围的降水情况，称点降水量。实际工作中常需要大面积以至全区域的降水量值，即面降水量值。面降水量的计算的常用方法有,算术平均法、,泰森多边形法,、等雨量线法、客观运行法等。,1,、算术平均法,适用条件：,流域内雨量站分布均匀，地形起伏不大，流域内降雨量分布均匀或变化均匀，测站位置合理且站点较多。,计算公式,：,泰森多边形绘制方法：,1),按地图上测站的位置连线，构成许多锐角三角形；,2),对每个三角形各边作垂直平分线，再用这些垂直平分线构成以每个测站为核心的多边形；,3),量取每个多边形的面积,f,i,。,2,、泰森,(,Thiessen,),多边形法,(,垂直平分法,),适用条件：,雨量站分布不均,计算公式：,缺点：,1,）没有考虑地形影响，假定雨量呈线性变化；,2,）权重系数是固定的，不能反映降雨空间分布复杂多变的特点。,2.泰森多边形法,A,1,A,2,A,3,A,4,A,5,A,6,(,1)连三角形；(2)作三角形各边的垂直平分线;,(3),以交点连线及与流域边界相交的垂直平分线构成单元面积；,(4)量出各单元面积，总面积,A=(A,1,+A,2,+A,3,+A,4,+A,5,+A,6,),(5),计算单元面积权重及流域平均雨量,各子块权重,i,=A,i,/,A P=,i,P,i,3、等雨量线法,一般说来，等雨量线是计算区域平均雨量最完善的方法。它的优点是考虑了地形变化对降水的影响，因此对于地形变化较大（一般是大流域）、流域内又有足够数量的降水观测站，能够根据降水资料结合地形变化绘制出等雨量线图，则应采用本方法。,其步骤是：（,1,）绘制降雨量等值线图；（,2,）用求积仪或其他方法测算出相邻等雨量线间的面积,fi,，,用,fi,除以区域总面积得出各相邻等雨量线间面积的权重；（,3,）以各相邻等雨量线间的雨深平均值乘以相应的面积权重即得权雨量；,（4,）将各相邻等雨量间面积上权雨量相加即为区域平均雨量。,计算公式如下：,P=f,1,p,1,/F+f,2,p,2,/F.+,f,n,p,n,/F,式中,f,1,f,2,.f,n,各相邻等雨量线间的面积（,hm,2,）,p,1,p,2,.,p,n,为各相邻等雨量间的雨深平均值（,mm）,F,区域总面积（,hm,2,或,km,2,）,P,区域平均降水量,(,mm),等雨量线法考虑了降水在空间上的分布情况，理论上较充分，计算精确度较高，并有利于分析流域产流、汇流过程。缺点是对雨量站的数量和代表性有较高的要求，在实际应用上受到一定限制。,等雨量线,法,A,2,A,6,90,70,50,40,A,1,A,3,A,4,A,5,110,总面积,A=(A,1,+A,2,+A,3,+A,4,+A,5,+A,6,),各子块权重,i,=A,i,/,A P=,i,P,i,等雨量线法,实例,4）客观运行法,距离平方倒数法,。此法为美国气象局系统广泛采用，方法简便。先将区域（或流域）分成若干网格（图2-16），得出很多格点（交点），而后用邻近各雨量站的雨量资料确定各格点雨量，再求出各格点雨量的算术平均值，即为流域的平均降雨量。,六、流域降水量综合特征表示方法,1.降水强度历时曲线、,2.平均雨深面积曲线、,3.雨深面积历时曲线,1,、降水强度,-,历时关系曲线,雨强历时：指一场降水过程中，降雨强度大于或等于某一强度值的时段长。,曲线绘制方法是根据一场降水的记录，统计其不同历时内最大的平均雨强，而后以雨强为纵坐标，历时为横坐标点绘而成，如图,2-,19所示。由图可知，同一场降雨过程中雨强与历时之间成反比关系，即历时愈短，雨强愈高。此曲线可用下面经验公式表示，,i,t,=s/,t,n,（2-58）,式中，,t,为降水历时（小时）；,s,为暴雨参数又称雨力，相当于历时,t=1,小时的雨强；,n,为暴雨衰减指数，一般为,0.50.7；,i,t,为相应历时,t,的降水平均强度（毫米,/,小时）。,时 间,累积降雨,时段降雨,13:00,0,0,14:00,11.5,11.5,15:00,60.0,48.5,16:00,77.0,17.0,17:00,78.5,1.5,18:00,80.7,2.2,历 时,累积降雨,雨 强,1,48.5,48.5,2,65.5,32.8,3,77.0,25.7,4,78.5,19.6,5,80.7,16.1,6,80.7,13.4,2,、平均深度,-,面积曲线,这是反映同一场降水过程中，雨深与面积之间对应关系的曲线，,一般规律是面积越大，平均雨深越小。曲线的绘制方法是，从等雨量线中心起，分别量取不同等雨量线所包围的面积及此面积内的平均雨深，点绘而成。,如图,2-,20。,A,2,A,6,90,70,50,40,A,1,A,3,A,4,A,5,120,110,36,分块,面积,(,km,2,),平均雨深,(,mm,),1,4,120,2,12,100,3,21,80,4,23,60,5,30,45,6,12,36,分块,累积面积,平均雨深,(,mm,),1,4,120.0,1-2,16,105.0,1-3,37,90.8,1-4,60,79.0,1-5,90,68.3,1-6,102,63.9,3,、雨深,-,面积,-,历时曲线,曲线绘制方法是，对一场降水，分别选取不同历时（例如，,1,日，,2日，,）的等雨量线，以雨深、面积为参数作出平均雨深,-,面积曲线并综合点绘于同一图上，如图所示。,其一般规律是，面积一定时，历时越长，平均雨深越大；历时一定时，则面积越大，平均雨深越小。,七、降水的影响因素,降水是受地理位置、大气环流、天气系统、下垫面条件等因素综合影响的产物，但地理位置、大气环流等的影响，已在水汽输送一节中得到阐述。这里主要介绍地形、森林、水体等下垫面条件以及人类活动对降水的影响。,（一）地理位置的影响,1,、纬度位置,一般说来，低纬地区气温高，蒸发量大，空气中水汽含量大，故降水多。地球上有,2/3,的雨量降落在南北纬,30,度之间，以赤道带最多，逐渐向两极递减。,2,、海陆位置,海洋是水汽的主要源地，因而距海远近直接影响空中水汽含量，进而影响陆地上的降水量。我国降水量大致从东南沿海向西北内陆递减。,（二）地形的影响,P40,地形主要是通过气流的屏障作用与抬升作用对降水的强度与时空分布发生影响的。这在我国表现得十分强烈。许多丘陵山区的迎风坡。常成为降水日数多、降水量大的地区，而背向的一侧则成为雨影区。,地形对降水的影响程度决定于地面坡向、气流方向以及地表高程的变化。,1,、坡向与降水,当暖湿气流与山地走向（坡向）垂直或交角较大，则迎风坡多形成“雨坡”，背风坡则成为“雨影”区域。从世界降水量分布图可以看出，在中纬西风带的大陆西岸山地的西坡降水量很多，例如挪威的斯堪的纳维亚山地的西坡，年雨量在,10002000,mm，,但背风坡年雨量只有,300-500,mm。,我国华夏系山地（北东向）受东南季风影响，东南坡雨量多，西北坡雨量少。,凡是山脉走向与盛行气流平行的山地，则山地两侧的降水量差异较小。如欧洲阿尔卑斯山脉与盛行风向平行，山脉南北坡降水量差别很小。,2,、高度与降水,由于山地对气流的屏障和抬升作用，对降水有促成作用，则一般地，降水随地势增高而增多。,注意两点：,（,1,）地形的抬升增雨并非是无限制的,若山体足够高大，则从山脚向山顶，降水量起初受地形抬升作用而随高度增加而增多，但到一定高度降水量达到最大值，即最大降水高度（,H）。,超过最大降水高度以后，由于空气柱缩短，空气中水汽含量减少，气流通畅，则又随高度地势增高，降水量反而减少。,最大降水高度,H,因气候条件和地区而不同。一般地，湿润地区大气不稳定，最大降水高度较干燥地区大。如印度西南沿海山地异常潮湿，其最大降水高度,H,一般在,500-700,m,之间，我国浙皖山地如黄山、天目山最大降水高度在,1000,m,左右，而气候干燥的新疆山地最大降水高度出现在,2000-4000,m,之间。,（2,）降水随高度的递增率有地区差异,一般地，湿润地区和迎风坡降雨随高程的递增率较大。山脉的缺口和海峡是气流的通道，流速加快，水汽难以停留，降雨机会因此而减少。如台湾海峡、琼州海峡两侧降水量减少较多。,（三）气旋、台风途径及其它气象因素,我国的降水大部分由气旋和台风形成，因此气旋和台风的路径是影响降水的主要因子之一。如，在春夏之际气旋主要在我国长江流域和淮河流域一带常形成持续的连绵的阴雨天气，即梅雨季节。而进入,7、8,月后锋面北移进入华北、西北地区，从而使广大的华北和西北地区进入雨季。台风对东南沿海地区的降水影响很大，是这一地区雨季的主要降水形式，有些台风还能深入内地，减弱后变成低气压，国给内地带来较大的降水。,夏季地面空气的对流作用常导致热雷雨。热雷雨在南方气温高的地方发生较多，平地气温比山地高，故易发生热雷雨。,（四）森林对降水的影响,森林对降水的影响极为复杂，至今还存在着各种不同的看法。,1,、森林有利于降水观点,1,）理由：,森林蒸腾给大气增加了水分；,森林能给大气提供大量的凝结核；,林区反射率小，被林冠吸收并用来产生阵雨的热量比反射率大的旷野多；,林区下垫面糙度大，森林上方乱流加强，可促进空气的垂直运动，把林木蒸发蒸腾的大量水汽迅速输送到高空，有利降水；,造林后比造林前降水量有所增加，森林能够大幅度增加水平降水（,露、霜、雾等水平降水）,。,2,）支持者,：,法国学者,F.,哥里任斯基根据对美国东北部大流域的研究得出结论，大流域上森林覆盖率增加,10,，年降水量将增加,3,。,根据前苏联学者在林区与无林地区的对比观测，森林不仅能保持水土，而且直接增大降水量，例如，在马里波尔平原林区上空所凝聚的水平降水，平均可达年降水量的,13,。,我国吉林省松江林业局通过对森林区、疏林区及无林区的对比观测，森林区的年降水量分别比疏林区和无林区高出约,50,毫米和,83,毫米。,2,、森林对降水的影响不大 观点,1,）理由：,森林蒸腾给空气中的水汽量是很少的；,森林没有产生降水的机能；,森林分布与降水分布是一致的。是降水分布决定着能否有森林，而不是森林生长决定降水量的分布。,2,）支持者：,K.,汤普林认为，森林不会影响大尺度的气候，只能通过森林中的树高和林冠对气流的摩阻作用，起到微尺度的气候影响，它最多可使降水增加,13；,H.L.,彭曼收集亚、非、欧和北美洲地区,14,处森林多年实验资料，经分析也认为森林没有明显的增加降水的作用。,3,、森林不仅不能增加降水，还可能减少降水,第三种观点认为，森林不仅不能增加降水，还可能减少降水。例如，我国著名的气象学者赵九章认为，森林能抑制林区日间地面温度升高，削弱对流，从而可能使降水量减少。另据实际观测，茂密的森林全年截留的水量，可占当地降水量的,1020,，这些截留水，主要供雨后的蒸发。例如，美国西部俄勒冈地区生长美国松的地区，林冠截留的水量可达年降水量,的24,。这些截留水，从流域水循环、水平衡的角度来看，是水量损失，应从降水总量中扣除。,以上三种观点都有一定的根据，亦各有局限性。而且即使是实测资料，也往往要受到地区的典型性、测试条件、测试精度等的影响。总体来说，森林对降水的影响肯定存在，至于影响的程度，是增加或是减少，还有待进一步研究。并且与森林面积、林冠的厚度、密度、树种、树龄以及地区气象因子、降水本身的强度、历时等特性有关。,（五）水体的影响,水域对降水的影响，主要是由于水面和陆面的热力学和动力学差异引起的。,由于水陆的热力学差异，水的热容量大，通过水体的内部运动又可将表层热量传到较深层次，则水域具有热惰性，增温降温均缓慢，水温变幅小；而陆地具有热敏性，冷热变化急剧，升温降温都快。因此，在降温和寒冷季节，水域相对为热源，有利于空气对流形成降水。但在升温季节和温暖季节，水体又相对为冷源，有利于高压形成，则不利于降水。,总体来看，大水体表面由于空气阻力小，风速大，气流辐散等因素的影响，降水量减少。,洋流对降水有重要影响，暖流由于温度和湿度均较大，具有增温增湿作用，则暖流流经的海区和沿岸地区有利于降水；反之寒流流经的海区和沿岸地区降水减少。,（六）人类活动的影响,人类对降水的影响一般都是通过改变下垫面条件而间接影响降水，例如，植树造林、或大规模砍伐森林、修建水库、灌溉农田、围湖造田、疏干沼泽等，其影响的后果有的是减少降水量，有的增大降水量，影响机理如前所述。,在人工直接控制降水方面，例如，使用飞机、火箭直接行云播雨，或者反之驱散雷雨云，消除雷雹等，虽然这些方法早已得到了实际的运用，但迄今由于耗资过多，只能对局部地区的降水产生影响。,需要着重指出的是，城市对降水的影响。这种影响主要表现为城市的增雨作用，例如，南京市区年降水量比郊区多,22.6,毫米，而且增加了大雨的机遇，雷暴和降雪的日子亦较多。其具体影响的程度、增雨量的大小，则视城市的规模、工厂的多少、当地气候湿润的程度等情况而定。,四、可能最大降水,1.基本概念和研究意义,所谓可能最大降水（,PMP）,或可能最大暴雨（,PMS），,系指在现代的地理环境和气候条件下，特定的区域在特定的时段内，可能发生的最大降水量（或暴雨）。,可能最大降水，含有降水上限的意义从总体上说，地理环境的明显变化，一般以世纪为单位，所以可能最大降水量具有相对的稳定性。,2.可能最大降水估算方法简介,迄今为止，由于人们对于暴雨形成的物理机制了解得还不够深入，不够全面，并受到气象资料的限制，难以精确的计算出这个可能降水量的上限值。一般均采用半经验半理论的水文与气象相结合的模型计算,PMP,还有暴雨移置法、暴雨组合法等。但迄今为止，由于“可能最大降水”基本理论尚待进一步完善，加之受到测试条件，实测资料不足等影响，故这些方法在实际应用上受到很大的限制。,