雨滴谱及降雨强度研究：阵雨特征与微物理结构

记得小时候，每当下大雨的时候，我就和一群小朋友躲在门洞里，一边看着那些戴着草帽、打着雨伞急匆匆过往的行人，一边大声喊：“下雨了，冒泡了！乌龟戴草帽了！”这本来是骂人的话，但是戴草帽的人走得太急，也顾不上理睬我们这些调皮蛋。若是家长们听见了，就会把我们轰散。小时候，经常看下雨，那只是看着玩儿。参加气象工作后也常看下雨，那可就不是看着玩儿了。

地球上的降水多种多样，但对居住在温带和亚热带地区的人来说，雨是最常见的降水方式。那么，雨是怎么降下来的呢？要想下雨，天上必须有云。云是由许多小水滴和小冰晶组成的，雨滴和雪花就是由它们增长变大而成的。那么，小水滴和小冰晶在云内是怎样增长变大的呢？在水云里，云滴都是小水滴。它们主要是靠继续凝结和互相碰撞并合而增大的，因此，在水云里，云滴要增大到雨滴的大小，就需要云很厚，云滴浓密，含水量高。这样，它们才能继续凝结增长，并且有多次碰撞并合的机会。比较薄的和比较稳定的水云里，云滴没有足够的凝结和并合增长的机会，只能形成多云或阴的天气，不大可能下雨。层云和层积云就属于这种情况。但是，在有些情况下，层积云和层云比较厚，云内扰动也较强，说不定也会下雨或下雪，但下得不大。淡积云和浓积云一般不下雨，但是，如果浓积云的厚度大，含水量多，云内垂直运动又比较强的话，有时也能下雨，在热带地区有时还会下大雨。冰云由微小的冰晶组成。这些小冰晶在相互碰撞时，冰晶表面会增热而融化，互相结合，重新冻结起来。这样重复多次，冰晶便增大了。另外，云内也有水汽，冰晶也能靠凝华继续增长。但是，冰云一般都很高，也不厚，那里水汽不多，凝华增长很慢，相互碰撞的机会也不多，所以，不能增长到很大而形成降水。即使引起了降水，也往往在下降途中被蒸发掉，很少能落到地面。卷云、卷积云、卷层云都属于这种情况。最有利于云滴增长的是混合云。混合云是由小冰晶和过冷却水滴共同组成的。当一团空气对于冰晶说来已经达到饱和的时候，对于水滴来说却还没有达到饱和。这时云中的水汽向冰晶表面上凝华，过冷却水滴却在蒸发，这时就产生冰晶从过冷却水滴上吸附水汽现象。在这种情况下，冰晶增长得很快。另外，过冷却水滴是很不稳定的。一碰它，它就要冻结起来。所以，在混合云里，当过冷却水滴与冰晶相碰撞的时候，就会冻结粘附在冰晶表面上，使它迅速增大。这种过程叫做“淞附”。当小冰晶增大到能够克服空气阻力和浮力的时候，便落到地面。这就是我们常见的雪花。在温暖季节里，靠近地面的空气层温度高，雪花在下降路上融化成雨滴。这时，从地面上看来就是下雨了。

雨滴的直径通常为0.2～7.0毫米，再小，就不容易降到地面了；再大，会在降落过程中因微小的气流扰动等外力作用而容易破碎。由于雨滴为球形，下落中略呈滴状，虽有大小差别，但外形相似，所以不像雪花、冰雹那样复杂多变。气象工作者常用反映雨滴大小与空间浓度关系的“雨滴谱”来研究雨的微物理结构。很多年来，科学家习惯用涂有滑石粉的滤纸获取雨滴样品，雨滴打在纸上立即呈现粉红色斑痕，对单位时间单位面积上的斑痕计数并按鉴定曲线算出实际雨滴大小，就能得到单位体积中的雨滴浓度。雨滴谱也可用盛油玻璃皿来获取。现代科学技术的进步，已有光电雨滴谱仪问世。科学家还研制成功一种“二维影迹测示法”，它以激光为光源，可安装在飞机上测量云滴、雨滴以及冰相粒子。这种先进仪器叫二维粒子探测仪，已广泛用于云物理研究，可以给出直观信息。这些资料都由相应的计算机处理，能给出所需的雨滴谱以及其他更多的信息，甚至可以在飞机飞行中及时处理并在显示器上绘出所需要的曲线。这一方法的优点是：高速，准确，可以节省大量人力劳动，而且能及时显示。又因为它是激光影迹法，所以不需要直接收取样品，这就大大减少直接取样造成的雨滴因溅散、破碎等原因出现的误差。除此以外，另一种更新的“三维粒子全息照相系统”已研制成功，它成为研究云雨粒子的一个更加有力工具。

在天气预报中，我们常常听到许多降雨词汇。通常，人们除了关心今天或最近会不会下雨外，还关心下多少雨。雨的大小是以降水量的多少来衡量的，也就是以单位面积有多少毫米的雨量为标准。这里的毫米是垂直高度。比如说降雨100毫米，就是指在不流失、不蒸发、不渗透的前提下单位面积的地面上降了100毫米垂直高度的雨量。实际上，在自然界中，雨水总会流失、蒸发和渗透的。因此，气象上用金属制作的雨量器来盛接雨水，用特制的玻璃杯来量取降水量。气象上规定的降雨标准是无雨、小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨，一般以一天24小时内降雨的总量来划定。24小时降雨总量在10毫米以下为小雨，10～25毫米为中雨，25～50毫米为大雨，大于50毫米为暴雨，大于100毫米为大暴雨，大于200毫米为特大暴雨。当然，通常下雨总是不均匀的，有时集中连续，有时分散间歇，所以，用24小时的时间间隔来计算总雨量并不能反映降雨时段的特征。为了弥补这一不足，气象上还用“降雨强度”来反映降雨时段的特征。降雨强度以更小的时间单位，如1分钟、10分钟、1小时等的雨量来表示，能更清楚地反映降雨变化的详细情况。(www.xing528.com)

雨还有连续性和阵性之分。雨层云、层云等层状云降雨为连续性降雨，这种雨均匀而持续。对流云体产生的降雨多为阵性降雨。因为对流云中上升气流强烈，阵雨粒子增长迅速，降水物大多累计在最大上升气流以上区域，一旦累计降水物的量过大，整个降水物就会一泻而下，破坏了气流结构，雨也就会突发性地降下来，成为明显的阵雨。前面说的“下雨了，冒泡了”那种雨就是阵雨。如果按照阵雨粒子大小划分，可以分为“毛毛雨”和强对流云或雷雨云降下的“铜钱大小”的雨滴之分。当然，这是两种极端情况，一般降雨粒子都在二者之间。

除此之外，雨还有液雨和冻雨之分。液雨就是我们平常看到的雨，而冻雨属于冰相降水，是在特殊条件下形成的。这种呈雨滴状而又冻结的冰料发生在冷暖气团交界处，雨滴落入温度很低的冷空气区，被冻成冻雨后降到地面。