降水

在氣象學中，降水，並非降水。空氣中的水蒸氣飽和，可能是因空氣受到冷卻，又有水蒸氣加入其中，兩個過程同時作用而發生。當小水滴與雲中的其他水滴或冰晶碰撞而合併後，就會形成降水。在各地的短暫強降雨稱為驟雨。被推升或以其他方式被迫上升到地表上低於冰點空氣層中的水分，會凝結成雲和雨。這種過程通常會造成凍雨形式的降水。發生凍雨區域附近通常會有準靜止鋒存在，是強制和推升空氣上升的主要力量。空氣中需有足夠的濕度，當其上升時，其中的水分就會凝結成雲，如果水分夠多，就會形成雨層雲和積雨雲。最終雲滴將會變得足夠大，而後形成雨滴，下降後會與暴露的物體接觸時而凍結。在有相對溫暖水體的下風處，由於湖泊的水蒸氣，導致溫帶氣旋背面周圍冷氣旋流內產生大湖效應，而發生降雪現象。大湖效應會造成區域性大雪。在氣旋逗號形狀頭部的移動會給疏林草原地區帶來雨季。降水是水迴圈中的主要成分，在地球沉降淡水。每年全球大約有505,000立方公里。如柯本氣候分類法等氣候分類系統使用年均降水量來為不同的氣候狀況做區分。目前的已導致天氣發生變化，一方面增加一些地區的降水量，但又把另一些地區的降水量降低，並造成更多的極端天氣事件頻率。其他的天體也可能發生沉降現象。土星最大的衛星 - 土衛六上有緩慢降落的甲烷毛毛雨，在其赤道和極地地區可觀測到這種沉降物形成的。型別.降水是水迴圈的主要組成部分，是地球上大部分淡水沉降的每年大約有505,000平方公里的水降在海洋上。產生降水的機制有對流、層雲和。對流過程指的是強烈的空氣垂直運動，可在一小時內讓同一位置的大氣翻轉一次，導致強降水，而層雲過程指的是較弱的向上運動和較弱的降水。根據降水是否以液態水、與地表接觸後結冰的液態水，或是冰的形式落下，而分為三類。不同型別的降水，也包含不同形式的的混合一起下降。液體形式的降水包括雨和毛毛雨。在接觸低於冰點的氣團而結冰的雨或毛毛雨被稱為“凍雨”或“凍毛毛雨”。凍結形式的降水包括雪、鑽石塵、冰珠、冰雹和霰。空氣中濕度達飽和程度.將空氣冷卻至露點.露點是空氣冷卻到其中的濕度達到飽和，而凝結成水的溫度。水蒸氣通常先在灰塵、冰和鹽等雲凝結核上凝結，而形成雲。雲凝結核的密度將決定雲的微物理性質。鋒面的上升部分會產生大範圍的升力，而形成高層雲或卷層雲之類的雲層。層雲是種穩定的雲層，當涼爽、穩定的氣團被困在溫暖的氣團下面時，就會形成層雲。它也可能是由於微風條件下平流霧的升起而形成。有四種主要機制可將空氣冷卻至露點：絕熱冷卻、傳導冷卻、輻射冷卻和蒸發冷卻。當空氣上升和膨脹時會發生絕熱冷卻 - 空氣會因對流、大規模大氣運動或山體等物理障礙。增加空氣濕度.讓水蒸氣新增到空氣中的主要方式有：風匯聚進入向上運動的區域、降水或下降的幡狀雲、白天的熱量讓水由海洋、水體或濕地表面蒸發、植物的蒸散作用、涼爽或乾燥的空氣移動經過溫暖的水面，以及將空氣沿山脈坡面推升。降水的形式.雨滴.當小水滴融合形成更大的水滴，或者當水滴凍結在冰晶上時，會發生聚結，這現象被稱為魏格納-伯吉朗-芬德森過程。非常微細水滴的下落率極小，因此不會發生雲從天空中掉落的情事，只有當微細水滴合併成更大的體積時才會發生降水。不同尺寸的液滴會有不同的終端速度，讓其間發生碰撞，變成更大的液滴，空氣中的湍流會增強碰撞過程。這些較大的水滴往下降，繼續聚結，直到水滴重得足以克服空氣阻力，而後以降水的形式落下。雨滴的平均直徑大小為5.1至20毫米中，降雨的程式碼是RA，而陣雨的程式碼是SHRA。冰珠.冰珠或雨夾雪是種由透明小冰球組成的降水形式。冰珠的尺寸通常比冰雹小。降落地表時經常會彈起，且除非與凍雨混合，通常不會凍結成一團固體。冰珠的METAR程式碼是PL。當一層高於冰點的空氣的上下都被低於冰點的空氣包圍時，就會形成冰珠。穿過溫暖層的雪花會部分或是完全融化，但當它們落入其下低於冰點的空氣時，會重新凍結成冰珠。但如果暖層之下的亞冰層厚度不夠，融化的雪花並沒時間重新凍結，降落地表的就是凍雨。在寒冷季節期間，當發現地表上方有暖層存在，表示其後很有機會有暖鋒出現，但偶爾也會在冷鋒之後出現這類暖層。冰雹.當積雨雲中過冷的水滴與灰塵或汙垢等凝結核接觸而凍結時，就會形成冰雹。雲中的上升氣流將冰雹吹到其上部。當上升氣流消散，冰雹落下，回到上升氣流中，然後再次被上升氣流推升，迴圈多次。冰雹的直徑為5毫米。在大型冰雹，進一步凍結而釋放的潛熱會融化其外殼，接著可能會經歷“濕生長” - 由液體外殼將其他較小的冰雹聚集。在前述的上升氣流中，冰雹會形成一層冰層，隨著每次反覆上升而變得越來越大。一旦冰雹變得過重，超過上升氣流所能支撐，就會落下。雪花.當微小的過冷雲滴。雪花形成中的確切粘著機制仍是研究的主題。雖然冰是透明的，但因晶體的不平整表面和其中空洞/缺陷對光譜的散射作用，通常是以白色呈現。雪花的形狀在很大程度上由其形成時的溫度和濕度所決定。在-2 °C (28 °F) 左右的溫度下，雪花有機會形成罕見的三重對稱 - 三角形雪花。最常見的雪花呈明顯不規則形狀，而近乎完美的雪花通常是在圖片中出現，原因是更具視覺上的吸引力。沒兩片雪花的形狀完全相同，因為它們以不同的速度和不同的模式生長，具體取決於它們落到地面的過程中大氣中溫度和濕度的變化。雪的METAR程式碼是SN，而陣雪的程式碼是SHSN。鑽石塵.鑽石塵，也稱為冰針或冰晶，在接近-40 °C (-40 °F) 的溫度下形成，原因是高空濕度稍高的空氣與較冷的地表空氣混合。由單純的冰晶組成，呈六角形。國際每小時天氣報告中鑽石塵的METAR程式碼是IC。攔截沉降.當含高度飽和水蒸氣的薄霧或空氣與其經過的樹木或灌木的葉子相互作用時，就會發生攔截沉降。成因.鋒面活動.層雲降水的形式出現。對流.對流雨有關。對流降水主要由對流系統組成，產生暴雨並伴隨有雷暴、風害和其他形式的惡劣天氣事件。地形效應.地形上升降水發生在山脈的迎風面，是由大規模濕氣流越過山脊的上升運動，導致絕熱冷卻和凝結而引起。全球各地受到相對穩定的風，而出現雨影的現象。位於夏威夷群島考艾島。迎風面受東至東北信風吹拂，降雨量較多，而背風面較為乾燥，陽光充足，降雨較少，雲量也較少。南美洲的安第斯山脈阻擋來自太平洋的濕氣，導致位於下風處的阿根廷西部出現類似沙漠的氣候。在北美洲的內華達山脈也產生同樣的效果，在下風處形成大盆地和莫哈維沙漠。同樣亞洲的喜馬拉雅山脈成為季風的障礙，在其南側導致極高的降水量，而在北側的降水量較低。雪.溫帶氣旋會帶來寒冷和產生危險的情況，伴有大雨和大雪，風速超過119公里/小時方向。在溫帶氣旋的西南部，彎曲的氣旋流將冷空氣帶過相對溫暖的水體，可能會產生狹窄的大湖效應雪帶。這些雪帶會帶來強烈的區域性降雪，發生的原因為：湖泊等大型水體能有效儲存熱量，導致水面和上方空氣之間有顯著的溫差，而產生陣雪。溫度隨高度和雲的深度而降低。氣溫隨高度越高，雲層越深而下降越快，降水量會越大。在山區，當空氣被迫上升，在寒冷的條件下，降水會沿著迎風面以雪的形式落下，造成積雪。由於山區地形崎嶇，預測降大雪的確切位置仍然是個重大挑戰。熱帶地區.所謂濕季之前會有糧食短缺的現象。熱帶氣旋會造成強降雨，氣旋是個直徑有數百英里的大型氣團，中心氣壓較低，風以順時針方向向中心吹。雖然氣旋可能造成巨大的生命和個人財產損失，但它們通常是受影響地區產生降水的重要因素，可為原本乾旱的地區帶來急需的供水。氣旋路徑經過之處可因此獲得當年整年度的降雨量。大規模地理分佈.從大格局來看，將地形因素影響除外，全球最高降水量發生在熱帶地區，此與熱帶輻合帶有密切關聯，而熱帶輻合帶本身就是哈德里環流圈上升氣流的分支。位於赤道附近的哥倫比亞山區是地球上最潮濕的地方之一。熱帶輻合帶的北部和南部是下降空氣區域，形成亞熱帶高壓，降水量低。位於亞熱帶高壓下方的陸地表面通常乾旱，地球上大部分沙漠均位於這些區域。其中唯一的例外是夏威夷，由於信風導致的地形上升氣流將此地變成全球最潮濕的地方之一。 西風帶進入洛磯山脈，讓當地成為北美洲境內最潮濕、高海拔降雪最多的地區。在亞洲的雨季，潮濕的空氣進入喜馬拉雅山脈，導致印度東北部的降雨量達到全球排名前矛的水準。測量.測量降雨量或是降雪量的標準方法是使用雨量計，其中包含直徑100毫米，所有雨量計均可在家製作。美國和其他地方對於業餘人士進行降水測量，目前有數種透過網際網路以收集測量數字的網路，例如或是。如果業餘人士所居住的地區無法連結網際網路，也可將資料送至距離最近的地方氣象單位。水汽凝結體定義.在做降水測量時，也可測量水汽凝結體。風在地表吹動的顆粒，例如雪颮和，也是水汽凝結體，冰雹和雪也是。氣象衛星測量.雖然運用雨水計測量被認為是測量降水量的標準做法，但在許多領域仍無法實施。包括位於廣闊的海洋和偏遠的陸地區域。同時也有由於社會、技術或管理問題而阻礙觀測資訊的傳播。因此現代全球的降水記錄有很大程度是根據氣象衛星的觀測而得。衛星上裝置的感測器透過遙感的方式來監測降水 - 經觀測與降水發生強度有關的電磁波譜。這類感測器幾乎完全以被動方式，類似於相機，記錄它們所觀測到的內容，此與主動式感測器 - 透過發射訊號以檢測所觀察區域的做法不同。目前此類氣象衛星所配置的感測器分為兩類。第一類是熱紅外線 (IR) 感測器，記錄11微米波長左右的頻道，主要提供有關雲頂的資訊。由於大氣的典型結構，雲頂溫度與雲頂高度幾乎成反比，表示較冷的雲總出現在較高海拔處。此外，具有大量小尺度變數的雲頂會比頂部光滑的雲更具活力。有各種數學模型可根據紅外線資料和其他屬性來估計降水量。第二類感測器頻道則利用電磁頻譜的微波部分。使用的頻率範圍從大約10GHz散射微波輻射能的作用所產生。 (TRMM) 和 任務(GPM) 等氣象衛星採用微波感測器來進行降水估計。額外的感測器頻道和儀器已被證明可提供額外的資訊，包括可見光頻道、額外紅外線頻道、水蒸氣頻道和大氣探測檢索。但目前使用的大多數降水資料集尚未用到這些資料。衛星資料集.IR觀測在短時間和小空間尺度上的技術功能相當低，但可從地球同步軌道上的衛星非常頻繁，而在層狀降水佔主導地位的地區，特別是中高緯度地區，其作用會逐漸減弱。水汽凝結體和微波頻道之間存在更直接的物理聯絡，讓微波觀測在短時間和小空間尺度上而做的估計比IR所做具有更高的技術功能。但配置微波感測器的人造衛星僅在低地球軌道飛行，而且數量很少，觀測之間的平均間隔超過三個小時。這種幾小時的間隔讓衛星無法正確捕獲大多數降水系統的瞬態變化，而單憑一個衛星也無法對給定位置，把典型的每日降水週期做紀錄。自20世紀90年代末以來，已有多種演演算法被開發，用來組合由多個衛星感測器的降水資料，以將各衛星資料集具有的優點強化，並將其缺點最小化。目標是在全球盡可能多的地區，提供統一的時間/空間網格上“最佳”的降水估計。這些具有長期同質性的資料成為美國國家海洋暨大氣總署的標準。在其他情況下的目標是產生最佳的即時氣象衛星預測 - 稱為高解析度降水研究法。透過多個衛星進行研究的一個關鍵結果是即使包含少量的表面測量資料，對於限制衛星預測計中普遍存在的偏差也非常有用。使用儀器取得資料的困難在於 1) 如前所述，其限，2) 對儀器資料所做的的最佳分析，經過傳輸、組合、處理以及品質控制，總共需要花費至少兩個月的時間。因此，雖然這類包括儀器資料的估算可對“真實”降水量提供更準確的描述，但通常不適合做即時，或是近乎即時的應用。前述的工作產生具有不同格式、時間/空間網格、記錄週期和覆蓋區域、輸入資料集和分析程式的各種資料集，以及許多不同形式的版本指示。在許多情況下，現代多個衛星資料集是用於一般用途的最佳選擇。重現期.具有特定強度和持續時間的事件，其發生的可能性或機率稱為重現期。 經研究同一地點的歷史資料圖表，可預測任何重現期和風暴持續時間的風暴強度。所謂“十年一見的風暴”描述的是種不常見的降雨事件，僅可能每隔10年才發生一次，因此任何一年發生的可能性是10%。此種降雨量將會更大，所造成洪水的嚴重程度將比任何一年預期的更為嚴重。而所謂“百年一見的風暴”描述的是極其罕見的降雨事件，在一個世紀中才發生一次，因此在任何給定年份發生的可能性均為1%。這種降雨量將會非常大，洪水的嚴重程度將比十年一見的事件更為嚴重。這種百年一見的機率事件，一年內會發生兩次的機率並不大。不均勻降水模式.根據最近在各氣象站的觀察，有些地區的年降水量中有很大部分僅在幾天內就可達成。將資料彙集後發現在12天內的降水量即佔全年度的50%，預計會讓這種不均勻降水情況變得更為嚴重。柯本氣候分類法的作用.柯本氣候分類採用的是溫度和降水的月平均值。使用這種分類法最常出現的型別有五種，標記為從A到E。具體來說，主要型別是A - 熱帶、B - 乾燥、C - 溫和中緯度地區、D - 中緯度寒冷及E - 極地。五個主要分類又進一步分為雨林、季風區、熱帶亞熱帶草地、稀樹草原和疏灌叢、夏雨型暖溼氣候、、海洋性氣候、地中海式氣候、草原、副極地氣候、凍原、和沙漠等二級分類。雨林的特點是降雨量高，定義中的最低正常年降雨量在1,750至2,000毫米與西風帶從西向東引導的大風暴有關聯。大多數夏季降雨發生在雷暴期間，和偶爾由熱帶氣旋帶來。濕潤亞熱帶氣候位於東部大陸，大約位於赤道20°至40°之間。海洋性氣候通常出現在世界各大洲中緯度西海岸、與涼爽海洋接壤的地區以及澳大利亞東南部，全年均有豐富的降水。地中海氣候以地中海盆地、北美洲西部部分地區、澳大利亞西部和南部部分地區、南非西南部以及智利中部部分地區的氣候為代表。氣候特點是夏季炎熱乾燥，冬季涼爽潮濕。所謂Steppe是種乾燥的草原。ref&gt;副極地氣候以寒冷及持續的永久凍土，降水稀少為特徵。對農業的影響.降水中，尤其是降雨，對農業有巨大的影響力。所有植物都至少需要一些水才能生存，因此雨水對農業甚為重要。規律的降雨模式通常對維持植物的健康有重要的作用，而降雨過多或過少則可能有害，甚至會對農作物造成毀滅性影響。乾旱會導致農作物枯死，並加劇土壤侵蝕，而過度潮濕的天氣會導致有害真菌滋生。不同植物需要不同數量的降雨才能生存。例如，某些仙人掌僅需要少量的水，而熱帶植物會需要每年高達數百英寸的降雨才能生存。在同時擁有雨季和旱季的地區，雨季期間土壤養分會減少，侵蝕加劇。由於農作物尚未成熟，之前的旱季會造成進入雨季時出現糧食短缺的現象。開發中國家會在第一次作物收穫前發生糧食短缺，當地人口會出現季節性的體重波動。全球變暖帶來的影響.溫度升高通常會增加水的蒸發，而導致更多的降水頻率。 於1900年至2005年之間，北緯30°以北陸地降水量普遍增加，但熱帶地區自1970年代以來的降水量有所下降。全球在過去一個世紀的降水量總體趨勢沒有統計上顯著的變動，但會因地區和時間而發生大幅差異。 在2018年所做的一項研究，採用歷時超過33年的高解析度全球降水資料集，評估不同空間尺度的降水變化，結論是：“雖然有不同的區域趨勢，但沒有證據顯示全球的降水量增加是由於觀察到的全球變暖所造成。”由於世界每個地區均有其獨特的條件，降水量都會發生變化。北美洲和南美洲東部、歐洲北部以及亞洲北部和中部會變得更加濕潤。非洲北部薩赫爾地區、地中海、非洲南部和南亞部分地區會變得更加乾燥。在過去一個世紀中，許多地區的強降水事件次數有所增加，自20世紀70年代以來，乾旱發生率也有所增加，特別是在熱帶和亞熱帶地區。中高緯度水域鹽度降低。城市熱島帶來的影響.城市熱島效應導致城市溫度比周邊郊區和農村地區高出0.6至5.6 °C處的月降雨量比上風處的高出約28%，部分是由於氣候變暖造成。有些城市的降水總量增加達51%。預測.定量降水預報的濕度水平非常敏感，濕度會隨著高度的增加而降低。QPF可在定量、預測數量及定性的基礎上生成，做出降水機率的預測。雷達影象預報技術對於之後六到七小時內的預報比電腦模型做出的預測更為準確。可利用雨量計測量、天氣雷達估計或兩者的組合來驗證預報。根據各種技能的得分高低來衡量降雨預報的價值。