书城自然风雨雷电与气象学(新编科技知识全书)
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第75章 暴雨的形成原因

暴雨是夏季的主要灾害性天气之一。气象部门使用的暴雨标准各省不全一样。北方地区年雨量较小,暴雨标准就低一些,南方地区年雨量较大,暴雨标准就高一些。我省气象部门使用的暴雨标准是:日降雨量在50~100毫米之间的为暴雨;日降雨量在100~200毫米之间的为大暴雨;日降雨量大于200毫米的为特大暴雨。

暴雨的形成是一个非常复杂的物理过程。涉及的因子很多。形成暴雨有两个最基本的条件:一是要有充沛的暖湿空气,二是要有强烈的空气上升运动,两者缺一不可。

大家知道,要下雨必定先有云,要下暴雨更要有浓厚的云层。云是由接近地面的暖湿空气上升遇冷后,里面的水汽逐渐凝结成小水滴而形成的。当云中的小水滴凝结增大到一定程度,就要从云中落下来变成雨。如果某地的暖湿空气非常充沛,水汽含量很大,同时又有强烈的空气上升运动,把地面的暖湿空气源源不断地输送到高空,使之凝结成大小水滴,当这些水滴越来越多,越来越大,上升气流再也支托不住它们时,就会从空中降落下来,形成来势凶猛的暴雨。那么,形成暴雨所必需的大量水汽是从哪里来的呢?强烈的空气上升运动又是怎样产生的?下面我们就来淡淡这两个问题。

形成暴雨所需要的水汽有两个来源:一是空气本身蕴藏的水汽,一是由外地输送来的水汽。地球上一切有水的地方,如海洋、江河、湖泊、水库、森林每天都在向空中蒸发大址的水汽。据有人计算,大气中蕴茂的水汽总量有十亿吨之多。如果把这些水汽全部变成水,均匀地平铺在地球表面上,将形成一层24毫米厚的水膜。不过,大气中的水汽含量各地分布是很不均匀的,有的地方多,有的地方少。它将随季节、地理位置等条件的变化而变化。

每到夏季,原来控制亚洲大陆的冬季风已经衰退、减弱,而被强盛的夏季风所代替。我国位于欧亚大陆的东南部,面临广阔的太平洋,西南与印度尖相望。夏季来临后,我国大部分地区盛行西南季风和东南季风。这两种季风都是从太平洋、南海和印度尖等洋面上吹过来的,含有大量的水汽。进入盛夏,夏季风活动范围逐渐向北推进,一直可以影响到华北、东弱和内蒙古自治区的东南部。这时,由海上吹过来的西南季风和东南季风也一直可以伸展到我省,从而为暴雨的产生提供了充足的水汽条件。

但是,要产生一场暴雨,单有大量的水所还是不够的。还必须同时有强烈的空气上升运动才行。所谓空气的上升运动,也就是一种由地面向上刮的风。我们通常所见到的东风、西风、南风和北风都是指水平方向的风,还有一种向上或向下刮的风——垂直气流。这种垂直气流平时不容易被人们感到。因为在近地层,垂直气流的速度很小,空气每秒钟只移动几厘米。但到了高空,尤其是云里,情况就大不一样了。在那里,垂直气流的速度可高达每秒几米甚至几十米。正是由于有了这种速度很快的垂直气流,才能把近地层的大量暖湿空气抬升到高空,形成云雨。因此垂直气流是形成暴雨必不可少的重要条件之一。大气中的垂直气流是由以下几种原因造成的。

(1)由热力对流引起的垂直气流

夏天,骄阳似火,灼热的太阳光把近地面的空气晒得火辣辣的,地面空气受热后,变轻上升。而离地面较远的高层空气受热较少,温度较低。于是就出现了上冷下热,上重下轻的现象,地面的暖湿空气不断上升,上层的冷空气不断下沉补充,空气发生了上下翻腾的现象。这样就产生了因热力作用而产生的垂直气流。夏天午后出现的热雷时就是由这种热力对流作用而产生的。热雷雨发展快,雨势急,常出现在午后到傍晚前后,一到夜间,天气很快就转晴了。

(2)由锋面抬升引起的垂直气流

锋面就是冷暖空气相遇时的交界面。当冷暖空气相遇并流发生交锋时,由于冷空气比暖空气重,冷空气就要插入暖空气的底部,迫使暖空气沿着冷空气的上部向上滑升,这样就在暖空气中产生了一种上升气流。上升气流反近地面的暖空气沿着锋面抬升到很高的高度从而形成云雨。根据冷暖空气不同的流动情况,大气中的锋可以分为冷锋、暖锋和静止锋等几种。当冷空气朝暖空气方向推进而形成的锋称为冷锋。当暖空气朝冷空气方向推进而形成的锋称为暖锋,当冷暖空气势力均等,锋面位置移动不多或来回摆动的,叫静止锋。冷锋中根据锋面移动速度的不同,又可分为缓行冷锋和急行冷锋。

在缓行冷锋中,暖空气沿锋面上升比较平衡,上升速度比较小,形成的雨区较大,雨势较缓。在急行冷锋中,由于冷空气前进的速度远远超过暖空气后退的速度,因此低层的暖空气沿着锋面急剧上升,上升速度很快,对流特别强烈。当冷锋扫过某地时,往往是狂风暴雨,电闪雷鸣,有时还伴有冰雹。

(3)由地形抬升作用引起的垂直气流

当暖湿空气向前推进的时候,遇到山脉阻挡或进入地形收缩地带时,就要被迫上升,产生上升气流,空气在上升过程中膨胀冷却,报导温很快下降,水汽开始凝结,形成云雨。当气流越过山脉或沿地形开放地带前进时,就要产生下沉运动,空气增温,湿度变小,去雨随之消散。由于山脉对报导流的抬升作用,一般在山脉的迎风坡上降水大于背风坡。坡度越大,降雨也越多。在河谷地带,因气流上坡作用和地形收缩作用同时发生,所以上升气流特别强烈,形成的降水也更多。

(4)由气流辐合上升作用引起的垂直运动

大气运动中有许多大大小小的旋涡,形成各种不同的气压系统,如高压系统和低压系统。在低压系统中,空气总是从四周向中心流动,由于地球自西向东转动的关系,在北半于的低压区域里,气流作反时针方向的旋转,所以“低压”又叫做“气旋”。发展深厚的气旋里有很强的辐合上升运动,低层的暖湿空气不断被抬升到高空,温度下降,水汽大量凝结,形成暴雨。

由于以上几种空气上升运动的存在,仿佛在云和地面的空气层之间,建立了一条看不见的通道,地面的暖湿空气通过这条通道,被源源不断地输送到高空,使云层不断加厚,云中的水滴越积越多,越来越大,最后便倾泻而下,形成暴雨。