雨雪冰雹都是怎麼來的嗎

時間 2021-06-11 17:46:56

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(一)雨的形成

我們已經知道,雲是由許多小水滴和小冰晶組成的,雨滴和雪花就是由它們增長變大而成的。那麼,小水滴和小冰晶在雲內是怎樣增長變大的呢?

在水雲中,雲滴都是小水滴。它們主要是靠繼續凝結和互相碰撞併合而增大的。因此,在水雲裡,雲滴要增大到雨滴的大小,首先需要雲很厚,雲滴濃密,含水量多,這樣,它才能繼續凝結增長;其次,在水雲內還需要存在較強的垂直運動,這樣才能增加多次碰撞併合的機會。

而在比較薄的和比較穩定的水雲中,雲滴沒有足夠的凝結和併合增長的機會,只能引起多雲、陰天,不大會下雨。

在各種不同的雲內,其雲滴大小的分佈是各不相同的,造成雲滴大小不均的原因就是周圍空氣中水汽的轉移以及雲滴的蒸發。使雲滴增長的因素是凝結過程和碰撞並和過程,在只有凝結作用的情況下,雲滴的大小是均勻的,但由於水汽的補充,使某些雲滴有所增長,再加上並和作用的結果,就使較大的雲滴繼續增長變大成為雨滴。雨滴受地心引力的作用而下降,當有上升氣流時,就會有一個向上的力加在雨滴上,使其下降的速度變慢,並且一些小雨滴還可能被帶上去。

只有當雨滴增大到一定的程度時,才能下降到地面,形成降雨。

(二)雪的形成

我們都知道,雲是由許多小水滴和小冰晶組成的,雨滴和雪花是由這些小水滴和小冰晶增長變大而成的。那麼,雪是怎麼形成的呢?

在水雲中,雲滴都是小水滴。它們主要是靠繼續凝結和互相碰撞併合而增大成為雨滴的。

冰雲是由微小的冰晶組成的。這些小冰晶在相互碰撞時,冰晶表面會增熱而有些融化,並且會互相沾合又重新凍結起來。這樣重複多次,冰晶便增大了。

另外,在雲內也有水汽,所以冰晶也能靠凝華繼續增長。但是,冰雲一般都很高,而且也不厚,在那裡水汽不多,凝華增長很慢,相互碰撞的機會也不多,所以不能增長到很大而形成降水。即使引起了降水,也往往在下降途中被蒸發掉,很少能落到地面。

最有利於雲滴增長的是混合雲。混合雲是由小冰晶和過冷卻水滴共同組成的。當一團空氣對於冰晶說來已經達到飽和的時候,對於水滴說來卻還沒有達到飽和。

這時雲中的水汽向冰晶表面上凝華,而過冷卻水滴卻在蒸發,這時就產生了冰晶從過冷卻水滴上"吸附"水汽的現象。在這種情況下,冰晶增長得很快。另外,過冷卻水是很不穩定的。

一碰它,它就要凍結起來。所以,在混合雲裡,當過冷卻水滴和冰晶相碰撞的時候,就會凍結沾附在冰晶表面上,使它迅速增大。當小冰晶增大到能夠克服空氣的阻力和浮力時,便落到地面,這就是雪花。

在初春和秋末,靠近地面的空氣在0℃以上,但是這層空氣不厚,溫度也不很高,會使雪花沒有來得及完全融化就落到了地面。這叫做降"溼雪",或"雨雪並降"。這種現象在氣象學裡叫“雨夾雪”。

同樣雪的大小也按降水量分類. 雪可分為小雪,中雪和大雪三類, 具體見表3.

表3. 各類雪的降水量標準

種類 大雪 中雪 小雪

24小時降水量 大於5.0 2.6-5.0 2.5以下

12小時降水量 大於3.0 1.1-3.0 1.0以下

(三)雲的形成

人們常常看到天空有時碧空無雲,有時白雲朵朵,有時又是烏雲密佈。為什麼天上有時有云,有時又沒有云呢?雲究竟是怎樣形成的呢? 它又是由有什麼組成的?

漂浮在天空中的雲彩是由許多細小的水滴或冰晶組成的,有的是由小水滴或小冰晶混合在一起組成的。有時也包含一些較大的雨滴及冰、雪粒,雲的底部不接觸地面,並有一定厚度。

雲的形成主要是由水汽凝結造成的。

我們都知道,從地面向上十幾公里這層大氣中,越靠近地面,溫度越高,空氣也越稠密;越往高空,溫度越低,空氣也越稀薄。

另一方面,江河湖海的水面,以及土壤和動、植物的水分,隨時蒸發到空中變成水汽。水汽進入大氣後,成雲致雨,或凝聚為霜露,然後又返回地面,滲入土壤或流入江河湖海。以後又再蒸發(昇華),再凝結(凝華)下降。

周而復始,迴圈不已。

水汽從蒸發表面進入低層大氣後,這裡的溫度高,所容納的水汽較多,如果這些溼熱的空氣被抬升,溫度就會逐漸降低,到了一定高度,空氣中的水汽就會達到飽和。如果空氣繼續被抬升,就會有多餘的水汽析出。如果那裡的溫度高於0°c,則多餘的水汽就凝結成小水滴;如果溫度低於0°c,則多餘的水汽就凝化為小冰晶。

在這些小水滴和小冰晶逐漸增多並達到人眼能辨認的程度時,就是雲了。

(四)霧的形成

霧和雲都是由浮游在空中的小水滴或冰晶組成的水汽凝結物,只是霧生成在大氣的近地面層中,而云生成在大氣的較高層而已。霧既然是水汽凝結物,因此應從造成水汽凝結的條件中尋找它的成因。大氣中水汽達到飽和的原因不外兩個:

一是由於蒸發,增加了大氣中的水汽;另一是由於空氣自身的冷卻。對於霧來說冷卻更重要。當空氣中有凝結核時,飽和空氣如繼續有水汽增加或繼續冶卻,便會發生凝結。

凝結的水滴如使水平能見度降低到1千米以內時,霧就形成了。

另外,過大的風速和強烈的擾動不利於霧的生成。

因此,凡是在有利於空氣低層冷卻的地區,如果水汽充分,風力微和,大氣層結穩定,並有大量的凝結核存在,便最容易生成霧。一般在工業區和城市中心形成霧的機會更多,因為那裡有豐富的凝結核存在。

(五)露的形成

在溫暖季節的清晨,人們在路邊的草,樹葉及農作物上經常可以看到的露珠,露也不是從天空中降下來的。露的形成原因和過程與霜一樣,只不過它形成時的溫度在0°c以上罷了。

在0°c以上,空氣因冷卻而達到水汽飽和時的溫度叫做"**溫度"。在溫暖季節裡,夜間地面物體強烈輻射冷卻的時候,與物體表面相接觸的空氣溫度下降,在它降到"**"以後就有多餘的水汽析出。因為這時溫度在0°c以上,這些多餘的水汽就凝結成水滴附著在地面物體上,這就是露。

露和霜一樣,也大都出現於天氣晴朗、無風或微風的夜晚。同時,容易有露形成的物體,也往往是表面積相對地大的、表面粗糙的、導熱性不良的物體。有時,在上半夜形成了露,下半夜溫度繼續降低,使物體上的露珠凍結起來,這叫做凍露。

有人把它歸入霜的一類,但是它的形成過程是與霜不同的。

露一般在夜間形成,日出以後,溫度升高,露就蒸發消失了。

在農作物生長的季節裡,常有露出現。它對農業生產是有益的。在我國北方的夏季,蒸發很快,遇到缺雨乾旱時,農作物的葉子有時白天被晒得捲縮發乾,但是夜間有露,葉子就又恢復了原狀。

人們常把"雨露"並稱,就是這個道理。

(六)霜的形成

在夜間,地面上的草、木、石塊等物體由於向外輻射熱量,它們的溫度要降低,當溫度降至**時,地面物體附近空氣中的水蒸氣便達到飽和。若**高於0攝氏度,水蒸氣可在地面物體的表面上凝結成小水滴,這就是露。

若**低於0攝氏度,水蒸氣則要在地面物體的表面上直接凝結成水冰粒,這即是霜。

如果在夜間不僅地面上物體的溫度降到了**以下,而且地面以上稍遠處的空氣溫度也降到了**,那麼空氣中的水蒸氣將以塵埃為核心凝結成細小的水滴,這便是霧。

當高空中空氣的溫度降到**以下,若**高於0度,空氣中的水蒸氣在塵埃上凝結成細小的水滴便是雲,而凝結成較大的水滴即是雨。若**低於0度,則空氣中的水蒸氣將在塵埃上直接凝結成雪。

由此可知,露、霜和霧都不是從天而降的,而是地面附近空氣中的水蒸氣達到飽和時直接凝結而成的。只有雪和雨才是從天而降的,即是高空中空氣裡的水蒸氣達到飽和時凝結而成。

(七)冰雹的形成

冰雹和雨、雪一樣都是從雲裡掉下來的。不過下冰雹的雲是一種發展十分強盛的積雨雲,而且只有發展特別旺盛的積雨雲才可能降冰雹。

積雨雲和各種雲一樣都是由地面附近空氣上升凝結形成的。空氣從地面上升,在上升過程中氣壓降低,體積膨脹,如果上升空氣與周圍沒有熱量交換,由於膨脹消耗能量,空氣溫度就要降低,這種溫度變化稱為絕熱冷卻。根據計算,在大氣中空氣每上升100米,因絕熱變化會使溫度降低1度左右。

我們知道在-定溫度下,空氣中容納水汽有一個限度,達到這個限度就稱為“飽和”,溫度降低後,空氣中可能容納的水汽量就要降低。因此,原來沒有飽和的空氣在上升運動中由於絕熱冷卻可能達到飽和,空氣達到飽和之後過剩的水汽便附著在飄浮於空中的凝結核上,形成水滴。當溫度低於攝氏零度時,過剩的水汽便會凝華成細小的冰晶。

這些水滴和冰晶聚集在一起,飄浮於空中便成了雲。

大氣中有各種不同形式的空氣運動,形成了不同形態的雲。因對流運動而形成的雲有淡積雲、濃積雲和積雨雲等。人們把它們統稱為積狀雲。

它們都是一塊塊孤立向上發展的雲塊,因為在對流運動中有上升運動和下沉運動,往往在上升氣流區形成了雲塊,而在下沉氣流區就成了雲的間隙,有時可見藍天。

積狀雲因對流強弱不同出一轍形成各種不同雲狀,它們的雲體大小懸殊很大。如果雲內對流運動很弱,上升氣流達不到凝結高度,就不會形成雲,只有幹對流。如果對流較強,可以發展形成濃積雲,濃積雲的頂部像椰菜,由許多輪廓清晰的凸起雲泡構成,雲厚可以達4-5公里。

如果對流運動很猛烈,就可以形成積雨雲,雲底黑沉沉,雲頂發展很高,可達10公里左右,雲頂邊緣變得模糊起來,雲頂還常擴來,形成砧狀。一般積雨雲可能產生雷陣雨,而只有發展特別強盛的積雨雲,雲體十分高大,雲中有強烈的上升氣體,雲內有充沛的水分,才會產生冰雹,這種雲通常也稱為冰雹雲。

冰雹雲是由水滴、冰晶和雪花組成的。一般為三層:最下面一層溫度在0℃以上,由水滴組成;中間溫度為0℃至-20℃,由過冷卻水滴、冰晶和雪花組成;最上面一層溫度在-20℃以下,基本上由冰晶和雪花組成。

在冰雹雲中氣流是很強盛的,通常在雲的前進方向,有一股十分強大的上升氣流從雲底進入又從雲的上部流出。還有一股下沉氣流從雲後方中層流入,從雲底流出。這裡也就是通常出現冰雹的降水區。

這兩股有組織上升與下沉氣流與環境氣流連通,所以一般強雹雲中氣流結構比較持續。強烈的上升氣流不僅給雹雲輸送了充分的水汽,並且支撐冰雹粒子停留在雲中,使它長到相當大才降落下來。

在冰雹雲中冰雹又是怎樣長成的呢?在冰雹雲中強烈的上升氣流攜帶著許多大大小小的水滴和冰晶運動著,其中有一些水滴和冰晶併合凍結成較大的冰粒,這些粒子和過冷水滴被上升氣流輸送到含水量累積區,就可以成為冰雹核心,這些冰雹初始生長的核心在含水量累積區有著良好生長條件。雹核a在上升氣流攜帶下進入生長區後,在水量多、溫度不太低的區域與過冷水滴碰並,長成一層透明的冰層,再向上進入水量較少的低溫區,這裡主要由冰晶、雪花和少量過冷水滴組成,雹核與它們粘並凍結就形成一個不透明的冰層。

這時冰雹已長大,而那裡的上升氣流較弱,當它支託不住增長大了的冰雹時,冰雹便在上升氣流裡下落,在下落中不斷地併合冰晶、雪花和水滴而繼續生長,當它落到較高溫度區時,碰並上去的過冷水滴便形成一個透明的冰層。這時如果落到另一股更強的上升氣流區,那麼冰雹又將再次上升,重複上述的生長過程。這樣冰雹就一層透明一層不透明地增長;由於各次生長的時間、含水量和其它條件的差異,所以各層厚薄及其它特點也各有不同。

最後,當上升氣流支撐不住冰雹時,它就從雲中落下來,成為我們所看到的冰雹了。

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