云量和降水量教学课件

云量和降水量教学课件第一章云的形成基础云是大气中最美丽也是最重要的自然现象之一它们不仅装点着天空，更是地球水循环系统中不可缺少的一环理解云的形成机制是掌握天气预报和气候科学的基础水循环与云的诞生01太阳加热地表太阳辐射为整个水循环提供能量，加热海洋、湖泊和河流中的水分，使其蒸发进入大气层02空气上升冷却含有水蒸气的暖空气因密度较小而上升，随着高度增加，气压降低，空气温度逐渐下降03水蒸气凝结当空气冷却至露点温度时，水蒸气开始凝结成微小的水滴或冰晶，形成云的雏形蒸发、冷却与凝结的关系蒸发过程冷却过程凝结过程液态水分子获得足够的能量，克服分子间作用空气温度下降的原因多样绝热膨胀、辐射冷当水蒸气达到饱和状态时，多余的水蒸气会在力，从液态转变为气态水蒸气这个过程需要却、接触冷却等温度降低使水蒸气分子失去凝结核上凝结，形成液态水滴或固态冰晶消耗大量的潜热动能云的三大基本形态卷云（）积云（）Cirrus Cumulus形成于6000米以上的高空，由冰晶组形成于中低空，呈蓬松的棉花团状，成，呈现丝状、羽毛状或纤维状质有明显的垂直发展底部平坦，顶部地轻薄，通常预示着天气即将变化呈圆弧形隆起•高度6000-12000米•高度500-6000米•组成冰晶•组成水滴•特征纤细、透光•特征垂直发展、界限清晰层云（）Stratus形成于低空，呈现均匀的层状覆盖，类似灰色的毯子铺展在天空中，常带来持续的阴霾天气•高度地面-2000米•组成水滴云的高度分类与命名高云1前缀cirro-中云2前缀alto-低云3无特殊前缀雨云4后缀-nimbus或前缀nimbo-国际气象组织制定了标准的云分类系统，基于云的高度和形态特征这套命名系统使用拉丁语词根，便于全球气象工作者交流第二章云量的观测与描述云量的定义与重要性云量是指天空中被云覆盖的比例，通常以百分比或特定符号表示这个看似简单的概念实际上是气象学中的重要参数，直接影响着地面接收的太阳辐射量云量观测在天气预报中发挥着关键作用•影响地面温度的日变化幅度•决定降水的可能性和强度•影响能见度和航空安全•为数值天气预报模式提供初始条件准确的云量观测还对气候研究具有重要意义，是了解地球辐射平衡和气候变化的重要数据来源云量的分类术语晴朗（）Clear1云量0-10%，天空基本无云，阳光充足，能见度极佳零星云（）2Scattered云量25-50%，云朵零星分布，大部分天空仍然晴朗局部多云（）Partly Cloudy3云量50-75%，云朵与晴空区域相间出现大部分多云（）4Mostly Cloudy云量75-90%，大部分天空被云覆盖，偶有晴空阴天（）Overcast5云量90-100%，天空完全或接近完全被云覆盖云量观测方法目视估计法标准符号法卫星遥感法观测者通过肉眼估计天空中被云覆盖的使用国际通用的云量图标表示，从空心百分比这是最传统也是最广泛使用的圆（无云）到全黑圆（全覆盖）这些方法，需要观测者具备丰富的经验和良符号在气象图和观测记录中标准化使好的判断力观测时应选择视野开阔的用，便于不同地区和语言的气象工作者地点，避免建筑物和地形遮挡理解云量图标从左到右分别表示晴朗、零星云、局部多云、大部分多云、阴天这些标准化的符号系统使得全世界的气象工作者能够准确交流天空状况信息第三章降水的类型与形成机制从天空飘落的每一滴雨，都蕴含着复杂的物理过程降水的基本概念降水是指水以液态或固态形式从大气中降落到地面的现象这个看似简单的定义实际上包含了复杂的大气物理过程降水的形成需要满足几个基本条件雨•充足的水汽来源液态降水，温度高于0°C•上升气流使空气冷却至饱和•适当的凝结核或冰核•云滴增长至足够大小以克服上升气流雪固态降水，六角形冰晶冰雹球形或不规则冰块霰小粒状白色冰粒不同类型的降水反映了云中不同的温度结构和动力条件，对农业、水资源和日常生活都有重要影响三种主要降水类型对流雨（）地形雨（）锋面雨（）Convectional RainRelief RainFrontal Rain由于地面强烈加热，空气快速上升冷却形湿润空气遇到山地地形被迫抬升，经历绝热冷暖气团相遇时，暖空气被迫沿锋面抬升，成特点是来势迅猛，强度大，持续时间冷却过程而形成的降水迎风坡降水丰富，冷却凝结形成降水覆盖范围广，持续时间短，常伴有雷电现象背风坡相对干燥长•多发生在夏季午后•分布具有明显的地域性•影响范围广泛•局地性强，范围有限•形成雨影效应•强度相对温和•强度可达暴雨级别•持续时间相对较长•常伴随天气系统移动对流雨形成过程空气快速上升地面强烈加热受热的湿空气因浮力作用快速上升，形成强烈的对流运动，上升速度可达10-20米/秒夏季午后，强烈的太阳辐射使地面温度迅速升高，地表空气受热膨胀，密度减小雷雨降生积雨云形成积雨云内部形成强烈的电荷分离，产生雷电现象，同时降下强烈的阵性降水上升的空气绝热膨胀冷却，水汽凝结形成积云，继续发展成高耸的积雨云对流雨具有来得快，去得也快的特点虽然持续时间短，但降水强度大，常常在短时间内带来大量降水，容易引发城市内涝和山洪等次生灾害地形雨形成过程湿润来流海洋输送湿润空气迎风抬升空气被地形迫升冷却凝结降水云形成并在迎风坡降水翻越山脊空气越脊后开始下沉背风雨影下沉增温致背风坡干燥地形雨的形成体现了地形对大气运动的显著影响当湿润的空气团遇到山脉等地形障碍时，被迫背风面的雨影效应是地形雨的重要特征空气在翻越山脊后下沉增温，相对湿度下降，很难形成沿山坡上升，经历绝热膨胀冷却过程降水，造成背风坡相对干燥的气候特征这个过程中，空气每上升1000米，温度约下降6-10°C当温度降至露点以下时，水汽开始凝结，世界著名的雨影区包括南美洲安第斯山脉东侧的巴塔哥尼亚高原和我国新疆的塔里木盆地形成云和降水锋面雨形成过程冷暖气团相遇不同温度和湿度的气团相遇，由于密度差异，暖空气无法与冷空气混合，形成明显的界面——锋面暖空气被迫抬升密度较小的暖湿空气被迫沿着锋面向上滑升，这种抬升是大范围的、持续的形成层状云系暖空气在抬升过程中冷却，形成大范围的层状云系，如高层云、雨层云等持续性降水层状云系带来持续时间长、强度相对温和的降水，影响范围通常达数百至上千公里三种降水类型的形成机制各不相同，但都遵循空气上升冷却的基本物理规律第四章降水量的测量与计算精确测量降水量是水文气象工作的基础降水量的定义与单位降水量是指在某一时间段内，降落到水平地面上（假设无渗透、蒸发和流失）的降水深度这个定义看似简单，但包含了重要的科学内涵1000降水量的计量单位通常使用毫米（mm），这个单位直观地反映了降水在地面形成的水层厚度1毫米降升水水量相当于每平方米地面上降落了1升水1毫米降水量对应每平方米的水量在一些国家，特别是美国，还使用英寸作为降水量单位1英寸约等于

25.4毫米降水量的时间尺度可以分为•瞬时降水强度（mm/hr）

25.4•日降水量（24小时累积）毫米•月降水量和年降水量1英寸降水量的毫米当量雨量计的使用标准雨量计翻斗雨量计称重式雨量计最常见的雨量测量设备，由收集器和量筒组成自动化程度高的测量设备，通过翻斗机制将降水通过测量集水容器重量变化来确定降水量，精度收集器将降水汇集到量筒中，通过读取水位高度转换为数字信号每次翻斗对应固定的降水量，高，能够测量各种形式的降水包括雪常用于科确定降水量使用简单，成本低廉，但需要人工能够连续记录和传输数据，广泛用于自动气象研和高精度气象观测，但成本较高读数站正确安装和维护雨量计对获得准确数据至关重要雨量计应安装在空旷地带，远离建筑物和树木，避免风的影响和遮挡效应降水强度分类25%50%小雨中雨2-4mm/hr-雨滴细密，对日常生活影响较小5-9mm/hr-雨声明显，能见度有所下降75%100%大雨暴雨10-40mm/hr-雨声响亮，能见度明显下降50mm/hr-降水猛烈，严重影响交通和户外活动降水强度分类不仅有科学意义，更有重要的实用价值不同强度的降水对农业生产、城市排水、交通运输等都有不同程度的影响暴雨级别的降水往往会引发城市内涝、山洪、滑坡等次生灾害，因此准确预报和及时预警至关重要降水量计算实例010203确定基本参数计算总降水量计算总水量某地持续3小时，平均降水强度为2毫米/小时，总降水量=降水强度×持续时间=2mm/hr×3总水量=6mm×100km²=6L/m²×影响面积为100平方公里hr=6mm100,000,000m²=600,000,000L=6亿升实际应用提示这6亿升水如果全部收集，足够一个10万人口的城市使用2天这个例子说明了降水作为水资源的重要意义在实际应用中，还需要考虑蒸发、渗透、径流等因素，真正能够利用的降水量通常只占总量的一部分全球降水量规模地球上的降水分布极不均匀赤道附近的热带雨林地区年降水量可达3000毫米以上，而沙漠地区年降水量不足50毫米500M1000平均降水率约

0.11mm/hr，这个看似微小的数字，乘以地球表面积后就是一个天文数字，体现了全球水循环的巨大规模立方公里毫米地球每年总降水量，相当于全球海洋水量的1/2700全球年平均降水量，但分布极不均匀第五章现代技术与降水调控科技进步为人类调控天气带来了新的可能性云播种技术简介云播种（Cloud Seeding）是一种人工影响天气的技术，通过向云中播撒催化剂来促进或抑制降水这项技术基于云微物理学原理，在自然降水形成过程中进行人工干预静态云播种动态云播种向过冷却水云中播撒碘化银等冰核，促通过释放潜热来增强云中的对流运动，使过冷却水滴冻结成冰晶，引发贝吉龙促进云的垂直发展，增加云的水含量和过程，增加降水效率主要用于增加层降水量适用于积云和对流云系状云降水吸湿型播种使用氯化钠等吸湿性粒子作为云凝结核，促进暖云过程中云滴的碰撞合并，增大云滴尺寸，促进降水形成云播种的优缺点优点与机遇挑战与风险缓解干旱效果不确定在干旱地区增加降水，缓解水资源短缺问题，支持农业生产和生态恢云播种效果受多种因素影响，包括云的类型、大气条件等，效果难以复精确预测和控制调节气候环境影响在局地范围内调节温度和湿度，改善小气候条件，有助于农业和生态催化剂可能对环境和生态系统产生潜在影响，需要长期监测和评估环境技术成本防雹减灾需要专业设备、人员和持续投入，成本相对较高，经济效益需要综合通过适当的云播种技术，可以减小冰雹尺寸，降低农业和财产损失评估水库增蓄社会争议在水库上游进行云播种，增加水库蓄水量，提高水资源利用效率可能影响邻近地区的天气，引发水资源分配和环境公平等社会问题云播种的伦理与环境考量科学评估国际合作建立完善的科学评估体系，全面评价云播种技术的效果、风险和长期天气系统无国界，云播种活动需要加强国际协调与合作建立信息共影响包括环境影响评估、生态风险评估和社会经济影响分析享机制，避免跨界环境争议，促进技术规范的国际统一法规监管公众参与制定和完善相关法律法规，规范云播种活动的开展明确责任主体、保障公众的知情权和参与权，在重大项目实施前进行充分的公众咨监管程序和环境保护要求，确保技术应用的合法性和安全性询建立透明的决策机制，平衡各方利益，获得社会认同重要提醒云播种技术仍在发展完善中，其长期环境效应尚需深入研究任何大规模应用都应建立在充分科学论证的基础上结语理解云与雨，守护我们的水资源水循环枢纽天气预报云和降水是地球水循环系统的重要枢纽掌握相关知识有助于理解天气预报科学教育气候变化持续学习探索大气科学奥秘应对气候变化挑战的科学基础可持续发展科技助力建设绿色可持续的美好未来现代技术为水资源管理提供新工具通过本课件的学习，我们深入了解了云量观测和降水测量的科学原理与实际应用这些知识不仅帮助我们更好地理解天气现象，更重要的是让我们认识到水资源的珍贵和保护环境的重要性让我们携手努力，运用科学知识守护地球上最珍贵的资源——水，为子孙后代留下一个更加美好的地球家园。