降水

第四章 降水

一、降水的特征及时空变化

（一）降水的定义

大气中的液态水滴或固态的冰雪颗粒在克服空气的阻力后，在重力作用下从空中降落到地面的现象。

（二）降水形成过程

- 大气冷却：大气温度降至露点温度。
- 冷却原因：
- 辐射冷却
- 接触冷却
- 气团上升冷却（绝热冷却），天气过程中的主要冷却方式
- 凝结：大气中以凝结核为中心凝结成小水珠或冰晶，增大形成水珠、雪片或冰雹。
- 水汽供应：不断的水汽输入维持上述过程，一部分来自于区域内，一部分来自于区域外。

（三）降雨的基本要素（5）

- 降雨量：一定时段内降落在地面上一点或一个特定区域上的雨水总量称为降雨量，用深度表示，以mm计。
- 点雨量 = 降雨深（mm）
- 面雨量（m³（计算所得） - 平均降雨深（mm）
- 降雨历时：降雨从一个时刻到某一时刻所经历的时间，一次降雨从开始到结束所经历的时间称为次降雨历时。以min、h或d计。
- 降雨强度：单位时间内的降雨量称为降雨强度。以mm/min或mm/h计。
- 降雨面积：接收降雨的有效面积，即降雨笼罩范围的水平投影面积称为降雨面积。以km²计。降雨量为零的等雨量线所包围的范围就是降雨笼罩的面积，即降雨面积。
- 暴雨中心：暴雨集中的较小的局部区域称为暴雨中心。

（四）降雨的时间变化

- 降雨强度过程线：降雨强度随时间变化的曲线称为降雨强度过程线，简称雨过程线，通常纵坐标为强度，横坐标为时间。若为瞬时雨强，就是瞬时雨强过程线，若为时段平均雨强，就是时段平均雨强过程线。
- 累计雨量过程线：累积雨量是指从降雨开始至降雨过程中任意时刻的降雨总量。累积雨量随时间变化曲线称为累积雨量过程线。通常纵坐标为累积雨量，横坐标为时间。累积雨量与瞬时雨强之间的关系为积分和微分的关系。
- 时段降雨量柱状图：时段降雨量与相应时段之间的关系图称为时段降雨量柱状图，通常纵坐标为时段降雨量，横坐标为时间。

（五）降雨的空间分布

降雨存在复杂的空间分布，监测降雨空间分布的最基本方法是布设雨量站网，最常用来表达降雨空间分布的是等雨量线。在铺设了雨量站网的区域中，任意时段各雨量站观测降雨量一般不同，通过内插将区域中降雨量相同的空间点连成线，即等雨量线。借助等雨量线可了解降雨量空间分布情况，能知晓何处降雨量较大、较小及各地方具体降雨量，降雨量极大处为暴雨中心，从暴雨中心起，降雨量向周围一般逐步递减至零，零降雨量等雨量线包围范围即降雨面积。降雨面积根据雨量站网观测雨量值绘制等雨量线，其绘制精度主要取决于雨量站布设密度，其次是采用的插值方法。

（六）降雨的特征综合曲线

- 降雨强度 - 历时曲线：对一次降雨过程，统计计算其不同历时的最大时段平均降雨强度，然后点绘最大时段平均降雨强度与相应历时之间的关系图所得曲线称为降雨强度 - 历时曲线。
- 降雨深 - 面积曲线：在一定历史降雨量的等雨量线图上，从暴雨中心开始，分别计算每一条等雨量线所包围的面积及该面积的平均降雨深，点绘二者之间的关系图所得曲线为降雨深 - 面积曲线。
- 降雨深 - 面积 - 历时曲线：分别对不同历时的等雨量线图点绘降雨深与面积关系曲线，可得一组以历时为参变数的降雨深与面积关系曲线，此曲线簇称为降雨深 - 面积 - 历时曲线，简称时 - 面 - 深曲线。

二、降雨分类及其影响因素

（一）分类

- 按降雨成因机理分类
- 气旋雨：气旋为地面低气压中心，气流从四周向低气压中心汇集，引起大气上升运动。近地面大气含湿且经抬升冷却，有适当凝结核就会形成降雨，即气旋雨。包括气旋以及冷暖气团交汇所带来的降雨，冷暖气团交汇形成的锋面又分冷锋面和暖锋面，所以气旋雨具体包含气旋所形成的降雨、冷锋面形成的降雨和暖锋面形成的降雨。
- 对流雨：近地面层空气受热膨胀、密度减小而上升，使湿空气具备冷却条件形成的降雨，历时较短，范围较小，但强度一般较大。
- 台风雨：台风即热带低气压（热带气旋），其使湿空气抬升机理与气旋相同，但台风雨来势凶猛，降雨范围、强度和降雨量都很大。
- 地形雨：暖湿气流向高山运动，碰到山坡受阻沿山坡向上爬行，山上气温低，被地形抬升的空气有了冷却条件，由此形成的降雨为地形雨。
- 按降雨要素特征（降雨量大小、降雨强度大小和降雨历时长短）分类
- 暴雨：
- 暴雨：日降雨量大于50mm或小时降雨量大于16mm。
- 大暴雨：日降雨量大于100mm。
- 特大暴雨：日降雨量大于200mm。
- 暴雨型淫雨：降雨历时长，范围大，强度时大时小，甚至有短时间间歇。
- 淫雨：历时更长，笼罩范围更大，强度一般较小，并在较长时间内保持较大空气湿度的降雨。

（二）影响降雨的因素

- 地理位置：中国东南沿海降雨量多，向西北地区逐渐减少，与地理位置有关。
- 气旋、气团、台风等的运动路径：处在气旋、台风活动路径或气团交汇锋面处，降雨量较多，反之较少。
- 地形：同一地理位置，地形高程较大处降雨量一般比高程较低处多，但到一定高程后降雨量反而会减小。
- 森林：森林通过影响空气运动速度影响降雨量，森林上空增加糙率使风速减缓，利于湿暖空气停留，利于降水，但也可能形成稳定大气层，不利于空气垂直交流，使降水量减少。
- 水面：水面糙率小，空气经过时阻力小、风速快，不利于水面降雨形成，但水面上空水汽含量高，又有利于增加降雨。

三、区域平均降雨深的确定

（一）等雨量线法

- 定义：将两条相邻等雨量线之间的面积作为此区域面积，按等雨量线划分子区域，故称等雨量线法。
- 适用条件：足够多的雨量站资料与地形资料。
- 步骤：
- 绘制等雨量线。
- 量取每两条相邻等雨量线间的面积。
- 求各相邻等雨量线间的平均水深，再乘以相应的面积权重得到权雨量量。
- 公式：
- 缺点：不同场次降雨面积权重变化，每次降雨都要绘制等雨量线图，工作量大。

（二）泰森多边形法（垂直平分法、加权平均法）

- 适用条件：雨量站分布均匀。
- 绘制方法：
- 按地图上测站位置连线构成许多锐角三角形。
- 对各三角形边做垂直平分线，用这些垂直平分线构成以每个测站为核心的多边形。
- 量取每个多边形的面积fi。
- 计算公式：
- 缺点：没考虑地形影响，假定雨量呈线性变化，权重系数固定，不能反映降雨空间分布复杂多变特点。

（三）算术平均法

- 定义：在泰森多边形法中，若划分的各子区域面积相同，每个雨量站权重相同，均为1/n，则为算术平均法。
- 适用条件：流域内雨量站分布均匀，地形起伏不大，流域内雨量分布均匀或变化均匀，测站位置和理解站点较多。
- 计算公式：

（四）距离平方倒数法

- 定义：用网格划分区域，每个网格为子区域，每个网格降雨量利用与距离平方成反比的方法差值得到。
- 公式：
- 要点：采用网格法划分子区域，以距离平方倒数为权重对网格降雨深进行差值，按算术平均法计算区域平均降雨。

四、降雨观测新技术

（一）雷达测雨

- 定义：现代水文常用方法利用雨量计测量结果代表流域面平均水量常存在局限，易产生较大误差，而利用雷达可获大范围内瞬时降水分布，时空分布率好。
- 优缺点：
- 最大优点是覆盖面广，具高度时空分辨能力。
- 作为定量测量降水工具，在探测降水分布和结构上较准确，但精度低于雨量计。
- 与传统雨量站网测雨的不同：

（二）利用卫星遥感的测雨技术