第二章:降雨和蒸发1.ppt
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第二章降水与蒸发,水文学原理及应用,2.1降水的形成和分类,降水(Precipitation):
是指液态或固态的水汽凝结物,从天空下降至地面而成的液态水或固态水的现象。
降水是气象要素之一,也是水循环中重要的一个环节。
2.2.1降水的形成,降水的各种形态:
雨(Rain)、雪(Snow)、霰(Graupel)、雹(Hail),降水形成的四个过程:
大气温度降至露点温度(Coolingofairtoapproximatelythedew-pointtemperature),大气中核凝结形成小水珠或冰晶(condensationonnucleitoformclouddropletsoricecrystals),小水珠或冰晶增大形成雨滴、雪片或冰雹(growthofdropletsorcrystalsintoraindrops,snowflakes,orhailstones),不断的水汽输入维持上述过程(importationofwatervaportosustaintheprocess),大气凝结核:
指飘浮在大气中的尘粒,其直径约10-310m。
大气凝结核由固态物质、溶液滴或两者的混合物组成,其化学成分很复杂,最常见的是氯、氮、碳、镁、钠、钙等化合物。
露点(Dewpoint):
空气中水汽达到饱和时的温度。
大气温度下降到露点是水汽凝结的必要条件。
【名词解释】,2)接触冷却(ContactCooling),3)气团上升冷却(Coolingduetoverticaluplift):
天气过程中的主要冷却方式,1)辐射冷却(RadiantCooling),降温或空气冷却的起因:
气团抬升冷却(Coolingduetoverticaluplift),当空气团因某种原因而抬升,上升愈高则气压愈低,故空气在上升过程中要膨胀作功,则要消耗能量。
但若上升的速度很快,空气团可能来不及从周围的空气中吸热,则只能从空气团本身吸收热量,这样,空气团一边上升一边能量消耗而冷却。
当温度降至露点以下时,则形成了水汽凝结的条件。
这亦称绝热冷却,是大气降水的主要原因。
2.2降雨的分类及其特性(TypesofRainfall&TheirFeatures),1、对流雨(ConvectiveRain),对流雨是在大气不稳定的条件下产生的,多发生在夏季酷热的午后;其水平尺度很小(0.150公里),降雨历时较短(几十分钟),形成阵性降水,常称阵雨;降水强度的变化很大。
对流性降水常伴有雷暴(伴有闪电和雷声),称为雷阵雨。
对流雨发生的特点:
暖湿空气在运移过程中,因受地形(如山脉等)影响而被抬升,则由于动力冷却而形成的雨。
地形雨发生的条件:
2、地形雨(OrographicRain),因气流(空气)的湿度、温度、抬升速度及地形特点的差异而不同;地形作用一般使山的迎风面的降水量大,而背风面降水量减少。
地形雨的特点:
由于不同性质的气团相遇所形成的雨称为锋面雨。
3、锋面雨(FrontalRain),气团的分类:
按温度分为:
冷气团(比其所经下垫面冷)和暖气团(比其所经下垫面暖);,按湿度分为:
干气团和湿气团;,按静力稳定度可分为:
稳定气团和不稳定气团;,按气团的发源地分为:
极地气团和热带气团两大类,再按发源地带的海陆差别,这些气团还可划分为一些亚类。
在北半球的主要气团有:
北冰洋气团:
形成于北极的北冰洋,空气极寒且干燥。
极地气团:
形成于除北极的中、高纬度大陆上的有极地大陆气团、西伯利亚气团。
赤道气团:
形成于赤道海洋上,既热又很潮湿的气团,有时难以将它和热带海洋气团相区别。
热带气团:
形成于热带、副热带的暖气团。
其中形成于大陆上的称为热带大陆气团,形成于海洋上的称为热带海洋气团。
锋面(FrontalSurface):
温度或密度差异很大的两个气团相遇,接触区形成一过渡带,简称锋面。
锋线(SurfaceFront):
锋面与地面交线称为地面锋线,也简称为锋。
气旋:
北(南)半球,由于地球离心力、偏向力及摩擦力的共同作用下,大气中水平气流呈逆(顺)时针旋转的大型涡旋。
在同高度上,气旋中心的气压比四周低,又称低压。
4、气旋雨(CyclonicRain),气旋按其生成的地理位置可分为:
热带气旋和温带气旋。
气旋区气流运动特点:
在低气压中心区,气流从四周向中心辐合,垂直方向上运动是上升的,即暖湿气流辐合上升,在水平面上温度和湿度变化很大,故常常有凝结降水现象。
可出现大范围降雨和大风的天气现象,称为气旋雨。
(中国气象部门分类法),热带气旋分类(按地面中心附近风速大小划分),4)小雨(LightRainfall):
10mm/24h,2)大雨(HeavyRainfall):
2550mm/24h,3)中雨(ModerateRainfall):
1025mm/24h,降雨强度分级:
暴雨、大雨、中雨、小雨,2.3降雨的观测MeasurementofPrecipitation,观测降雨量的常用仪器有:
雨量器自记雨量计气象雷达,20cm雨量器现场图,1、雨量器(Raingauge),雨量器的四个构件:
承雨器,漏斗,储水瓶,雨量杯,虹吸式自记雨量计,虹吸式自记雨量计记录图,翻斗式自记雨量计,气象雷达图像,2.4.1点降雨特性分析,2.4降水的特性分析AnalysisofPrecipitationCharacteristics,点降雨量(PointRainfall):
由于雨量观测站观测到的降雨量仅代表其周围小范围内的降水量,故称为点降水量。
降雨量(Rainfallamount):
为一定时段内的降雨总量(一般用mm1000m3/m2表示);,降雨历时(Rainfallduration):
一次降雨所经历的时间(day或h);,降雨强度(Rainfallintensity):
为单位时间内的降雨量(mm/min或mm/h);,描述降雨特性的几个特征值:
降雨强度过程线,降雨强度过程线图,注:
其纵坐标为单位时间的降雨量(即为降雨强度),横坐标为时序,通常以直方图或曲线表示。
累积降雨过程线,注:
其横坐标为时序;纵坐标为降雨开始到各时段的降雨量的累积值。
累积降雨量曲线图,流域平均降水量:
通常指面平均雨量,一般由已知的各点雨量来推求面雨量。
2.4.2流域降雨分布和流域平均雨量,该法适用于流域内地形起伏不大,雨量站分布较均匀较密的情况。
由点雨量估算面平均雨量的常用方法:
2)泰森多边形法(面积加权平分法或垂直平分法),泰森多边形法示意图,A5,P5,式中:
流域平均降雨量(mm)A全流域面积(km2)A1、A2An各多边形面积(km2)p1、p2、pn各多边形面积内的点降雨量(mm)各雨量站控制面积与流域面积之比值(称作雨量站权重系数,WeightCoefficient),泰森多边形法计算公式:
3)降雨量等值线法,fi上的平均各雨深(相邻二等雨深线值的平均),式中,流域平均降雨量(mm);,F全流域面积(km2);,fi两条等雨深线间的部分流域面积(km2);,降雨量等值线法计算公式:
可用以下两种降水特性综合曲线来反映流域面降雨量的特性。
2.4.3降雨在流域的分布特性分析,降雨在流域的空间分布直接影响到流域的径流特征,尤其是洪水的特征。
面平均雨深面积曲线,面平均雨深面积历时曲线,降雨等值线图,2.5我国的降雨特性PrecipitationinChina,我国年平均年降水量:
648mm全球陆面年平均降水量:
800mm亚洲年平均降水量:
740mm,巴昔卡:
4495mm,火烧察:
6489mm,托克逊:
6.3mm,全年降水主要在夏半年,由于季风的进退影响,导致雨季的迟早及历时的长短在地区上有所不同。
长江以南:
雨季在36月或47月,华北与东北地区:
雨季为69月(大部分集中在7、8两个月),西南地区:
雨季在510月(114月为旱季),新疆西部地区:
终年降水量不大,但四季较均匀,降水量的年内变化Seasonalvariabilityofprecipitation,我国年降水量年际变化很大,且有连续多年雨量偏多或连续多年雨量偏少的现象。
年降水量越少的地区,其年际之间的变化越大。
降水的年际变化可用各地历年最大年降水量(Pmax)与最小年降水量(Pmax)之比值K来表示:
我国降水量的多年变化特点Inter-annualvariationofrainfall,西北地区:
K8.0说明丰枯变化很大。
北京地区:
Pmax=1405mm(1959年)Pmin=242mm(1869年)K=1405/242=5.8,南方多雨地区:
K=1.5-3.0说明年际间降雨相对均匀;,北方少雨地区:
K=3.0-6.0说明丰枯变化较大;,暴雨:
指在短时期出现的大量降水,大暴雨往往形成大洪水。
特大暴雨是一种灾害性天气,往往造成洪涝灾害和严重的水土流失,导致工程失事、堤防溃决和农作物被淹等重大的突发事故。
我国暴雨的时空分布特点,按一次降雨的数量来划分:
暴雨:
50100mm大暴雨:
100200mm特大暴雨:
200mm,4-6月:
东南季风登陆,大暴雨主要出现在长江以南地区,是华南地区汛前暴雨和江南梅雨期暴雨出现的季节;,6-7月:
季风南移,暴雨区主要发生在江淮流域,是长江中下游的梅雨期;,7-8月:
由于西南与东南季风盛行,暴雨区主要发生在华北、川西、东南沿海多热带气旋暴雨。
我国大陆上暴雨主要集中在三个时期:
End,
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