降水的形成条件有哪些 降水的形成机制

导语：降水的形成条件有哪些?其实在不同的气象条件下，降水的形成条件也会有所不同，例如，暖湿气流和冷空气的相遇会导致大范围的对流，从而形成强降水和雷暴，而在寒冷的气候中，水汽凝结成冰晶，形成雪花或冰雹，下面就去看看降水的形成机制吧!

降水的形成条件有哪些

降水天气

如果所有云中都有水，为什么有些云能产生降水而其他云却平稳地飘在我们头顶呢?这个看似简单的问题却困惑了气象学家很多年。

云滴非常微小，直径约20微米(0.02毫米),对比一下，人的头发直径为75微米。由于粒径太小，云滴在静止大气中的下落速度非常缓慢。平均大小的云滴从1000米高的云底下落至地面需要几个小时，即使如此，云滴也从未完成过这一旅程。因为实际上，当云滴从云底下落几米之后就会蒸发在未饱和大气之中。

云滴需要长到多大才能成为降水呢?典型的雨滴直径约为2毫米，或者说是平均云滴的100倍大小。典型雨滴的体积是云滴的100万倍。因此，要形成雨滴，云滴需要在体积上增长约100万倍。你可能会猜想不断增加的凝结能够产生出足够大的雨滴在其被蒸发之前降落到地面。但是，云是由数十亿计的微小云滴组成的，这些云滴为了长大，需要为获得有限的水分而激烈竞争。显然，凝结并不是雨滴形成的有效方式。

因此，降水的形成是由两个过程来完成的：伯杰龙过程和碰并过程。

冷云降水：伯杰龙过程

大家也许都看过有关登山运动员在寒风暴雪中勇敢攀登冰峰的电视报道。即使在闷热的夏季，高大积雨云的上部也有着类似的寒冷冰雪的情况(事实上，民航飞机航行的对流层上层的气温接近-50℃或更低)。对流层高空的寒冷条件为形成降水提供了理想的环境。实际上，中纬度地区的大多数降水都是开始于气温远低于冰点的高空云顶的雪花。在冬季，甚至低云也可以达到足够冷而引起降水。

为纪念瑞典气象学家伯杰龙这位发现者，人们将中纬度地区产生大量降水的过程命名为伯杰龙过程。伯杰龙过程发生于水汽、液态云滴和冰晶共存的状态。为了理解这一机制的作用原理，我们首先必须考察水的两个重要性质。第一，与你想象的相反，云滴在0℃时并不会冻结。实际上，悬浮在空气中的纯水直到气温下降至接近-40℃时才会冻结。0℃以下的液态水称为过冷水。

过冷水在碰到物体时很容易冻结，这就解释了为什么飞机在穿过过冷却水组成的液态云时容易结冰的现象，也解释了为什么冻雨或雨凇以液态形式降落但落至路面、树枝或汽车挡风玻璃之后却变成了冰。大气中的过冷水与类似冰状的固态颗粒物(例如碘化银)接触之后就会冻结，这些物质被称为冻结核。冻结核促进冻结的发生就像凝结核在凝结过程中的作用一样。

与凝结核相反，大气中的冻结核很稀少，并且通常只有当气温降至-10℃或更低时才会活跃。因此，当气温在0~-10℃时，云中主要是过冷水滴;气温在-10～-20℃时，液态水滴和冰晶共存;

当气温在-20℃以下时，云中通常全部是冰晶——如高空中的卷云。现在来看水的第二个重要性质：冰晶上的饱和水汽压略低于过冷水滴上的饱和水汽压。这是因为冰晶是固态的，其水分子之间的结合要比液态水分子之间的结合更紧密，所以水分子更容易从过冷液态水滴上逃离。因此，当空气对于液态水滴为饱和状态(相对湿度为100%)时，对于冰晶已是过饱和。

气温在-10℃时，水面上的相对湿度是100%,冰面上的相对湿度则是110%。知道这些事实之后，我们就可以解释降水是如何通过伯杰龙过程产生的。云中气温为-10℃时，每个冰晶(雪晶)周围都有成千上万个液滴。因为空气对于液态水是饱和的(相对湿度为100%),而对于刚生成的冰晶却是过饱和的。这种过饱和状态会使冰晶吸收水分子从而降低大气的相对湿度;其结果是水滴变小，以蒸发来补充空气中减少水汽。

因此，冰晶依靠液滴持续蒸发的水汽供给而增长。冰晶增长到充分大时开始下落，下落过程中云滴在冰晶表面冻结使冰晶进一步增长。气流有时会使脆弱的冰晶破碎，而这些冰晶碎片又成为其他液滴的冻结核。这种反应链又会产生更多的雪晶，积累形成许多成大的雪花。大雪花可能会由许多单个的冰晶组成。在中纬度地区，只要云的上部足够寒冷而产生冰晶，全年都可以由伯杰龙过程产生降水。

落到地面的降水类型(雪、雨夹雪、雨或者冻雨)取决于大气底层几千米的温度垂直廓线。当地表温度大于4℃时，雪花通常在接触地表之前就已融化，然后以雨的形式降落。即使在炎热的夏季，一场暴雨也许正是从我们头顶上高空云中的暴雪开始的。

暖云降水：碰并过程

几十年前，气象学家认为除了毛毛雨以外的大多数降水都是由伯杰龙过程形成的。后来发现，尤其在热带地区，充沛的降水常常来自远低于冻结高度的云(被称为暖云)。这就出现了作为第二种降水机制的碰并过程。研究表明，完全由液态水滴构成的云通常包含一些直径大于20微米(0.02毫米)的水滴。这些大水滴的形成是由于“巨大”凝结核或者吸湿性颗粒的存在(如海盐)。在空气相对湿度低于100%时，吸湿性颗粒开始从大气中吸收水汽。因为液滴的降落速度取决于它们的大小，所以“巨大”的液滴降落最快。

降落较快的较大液滴在降落过程中会与降落慢的较小液滴碰撞合并，在此过程中大液滴增长得更大，降落得也更快(或在上升气流中上升得更慢),这样又会使它们碰并的机会加大，生长的速度增快。大约100万个云滴合并之后，雨滴才能生长到大得足够降落到地面而不被蒸发。由于从云滴增长到雨滴大小需要大量的碰

撞过程，因此垂直高度较高并包含大云滴的云最有可能产生降水。液滴处于上升气流时将在云中反复穿行从而导致更多的碰撞，因此也会促进降水。雨滴增大，下降速度就加快;速度加快反过来又会增加空气的摩擦阻力，从而使雨滴的底部变平坦。

降水天气

当雨滴以33千米每小时的速度降落时，雨滴直径最大可增长至5毫米。在这个大小，空气阻力的拖曳作用超过水滴的表面张力。这种爆发式的凹陷发展使雨滴成为甜圈式的环形并立即破裂。大水滴破碎之后产生更多的小水滴，它们将开始新的吞并云滴的任务。但是，碰并过程并没有这么简单。首先，当较大水滴下降时，它们会在周围产生类似于高速公路上汽车迅速行驶之后的气流，气流推开较小的水滴。可以想象夏季夜晚沿乡村道路驾驶的情形，空气中的小飞虫就像是云滴——大多数都被空气推到两旁。

但是，大云滴(大飞虫)有更多的机会与巨大的雨滴(汽车)相碰撞。其次，碰撞并不保证都能合并。实验证明，碰撞发生之后大气中的电荷可能是这些云滴合并的关键。如果一个带负电的云滴和一个带正电的云滴碰撞，异电相吸可能使它们合并。从前面的讨论可明显看出，大云滴充足的环境中碰并机制是最有效的。热带尤其是热带海洋上的大气是一个理想环境：与许多人口密集地区相比，这里的空气非常湿润且相对干净，凝结核更少。较少的凝结核竞争现有的大量水汽，凝结就更快并产生相对较少的大云滴。当积云发展时，最大的雨滴快速合并较小雨滴从而产生具有热带气候特点的温暖的午后阵雨。

在中纬度地区，尤其在炎热湿润的夏季，碰并过程可能增加由伯杰龙过程形成的高大积雨云的降水。塔状云上部伯杰龙过程产生的雪花降落至冻结高度以下会融化，而融化产生较大且下落较快的液滴。大液滴下降时又与大量较小、下落较慢的云滴碰撞，结果就可能产生倾盆大雨。总之，伯杰龙过程和碰并过程这两种机制都会产生降水：以冷云(或云顶)为主的中纬度地区主要发生伯杰龙过程;而有水汽充沛、凝结核相对较少的热带地区则由碰并过程生成数量较少但更大、下落速度更快的液滴。无论哪种降水形成机制，雨滴大小的进一步增长都离不开碰并过程。

降水的形成机制

蒸发：降水循环始于蒸发，这是液态水变为气态水的过程，作为水循环的第一步，蒸发通常发生在海洋、湖泊、河流和土地表面的水体上。

凝结：蒸发后，水蒸气上升到大气中，在那里遇到冷空气，会凝聚成小水滴或冰晶，形成云。云由大量的水滴和冰晶组成，水滴不断合并和分裂，直到达到一定大小。

气旋和暴雨：有时候，当大气中存在强烈的上升气流时，它们会促使水蒸气上升得更高，形成气旋，这可能带来强降雨、暴雨、台风等极端天气。

冰雹：冰雹是一种特殊的降水形式，当大气中存在强烈的上升气流时，水滴会被冻结成冰，形成冰雹。

对流雨：近地面的水汽受热膨胀上升，随着海拔升高，气温下降，水汽凝结成小水珠，形成云，越积越厚，最终降落到地面。

锋面雨：两种性质不同的气流相遇时，暖湿空气被抬升到冷干空气上方，在抬升过程中，水汽冷却凝结形成降水。

地形雨：当潮湿的气团遇到高山阻挡，气流被迫上升，引起绝热降温，发生凝结，形成降雨。

台风雨：台风活动带来的降水现象，上升气流最强的云墙区降水量最大。