Дождь — это капли воды , которые конденсировались из атмосферного водяного пара и затем падают под действием силы тяжести . Дождь является основным компонентом круговорота воды и ответственен за отложение большей части пресной воды на Земле. Оно обеспечивает воду для гидроэлектростанций , орошения сельскохозяйственных культур и создает подходящие условия для многих типов экосистем .
Основной причиной образования дождя является влага, перемещающаяся по трехмерным зонам контраста температуры и влажности, известным как погодные фронты . Если присутствует достаточная влажность и движение вверх, осадки выпадают из конвективных облаков (с сильным вертикальным движением вверх), таких как кучево-дождевые облака (грозовые облака), которые могут образовывать узкие дождевые полосы . В горных районах возможны обильные осадки, когда поток вверх по склону максимален на наветренных сторонах местности на высоте, что заставляет влажный воздух конденсироваться и выпадать в виде осадков по склонам гор. На подветренной стороне гор может существовать пустынный климат из-за сухости воздуха, вызванной нисходящим потоком, который вызывает нагревание и высыхание воздушной массы . Движение муссонной впадины , или внутритропической зоны конвергенции , приносит сезоны дождей в климат саванны .
Эффект городского острова тепла приводит к увеличению количества и интенсивности осадков с подветренной стороны от городов. Глобальное потепление также вызывает изменения в характере осадков во всем мире, включая более влажные условия на востоке Северной Америки и более сухие условия в тропиках. Антарктида – самый засушливый континент. Среднегодовое количество осадков над сушей составляет 715 мм (28,1 дюйма), но по всей Земле оно намного выше - 990 мм (39 дюймов). [1] Системы классификации климата , такие как система классификации Кеппена, используют среднегодовое количество осадков, чтобы помочь различать различные климатические режимы. Количество осадков измеряется с помощью дождемеров . Количество осадков можно оценить с помощью метеорологического радара .
Воздух содержит водяной пар, а количество воды в данной массе сухого воздуха, известное как соотношение смешивания , измеряется в граммах воды на килограмм сухого воздуха (г/кг). [2] [3] Количество влаги в воздухе также обычно называют относительной влажностью ; который представляет собой процент от общего количества водяного пара, который может удерживаться в воздухе при определенной температуре воздуха. [4] Сколько водяного пара может содержаться в воздухе, прежде чем он станет насыщенным (относительная влажность 100%) и превратится в облако ( группу видимых и крошечных частиц воды и льда , взвешенных над поверхностью Земли) [5] зависит от его температура. Более теплый воздух может содержать больше водяного пара, чем более холодный, прежде чем он станет насыщенным. Поэтому один из способов насытить порцию воздуха — это охладить его. Точка росы — это температура, до которой необходимо охладить посылку, чтобы она стала насыщенной. [6]
Существует четыре основных механизма охлаждения воздуха до точки росы: адиабатическое охлаждение, кондуктивное охлаждение, радиационное охлаждение и испарительное охлаждение. Адиабатическое охлаждение происходит, когда воздух поднимается и расширяется. [7] Воздух может подниматься из-за конвекции , крупномасштабных атмосферных движений или физического барьера, такого как гора ( орографический подъем ). Кондуктивное охлаждение происходит, когда воздух вступает в контакт с более холодной поверхностью, [8] обычно путем переноса с одной поверхности на другую, например, с поверхности жидкой воды на более холодную землю. Радиационное охлаждение происходит за счет испускания инфракрасного излучения либо воздухом, либо поверхностью под ним. [9] Охлаждение испарением происходит, когда влага добавляется в воздух в результате испарения, что приводит к снижению температуры воздуха до температуры по влажному термометру или до тех пор, пока он не достигнет насыщения. [10]
Основными способами добавления водяного пара в воздух являются схождение ветра в области восходящего движения, [11] осадки или вирга, падающие сверху, [12] дневное нагревание, испаряющее воду с поверхности океанов, водоемов или влажных земель, [13] ] транспирация растений, [14] прохладный или сухой воздух, движущийся над более теплой водой, [15] и подъем воздуха над горами. [16] Водяной пар обычно начинает конденсироваться на ядрах конденсации , таких как пыль, лед и соль, с образованием облаков. Приподнятые части погодных фронтов (которые имеют трехмерную природу) [17] вызывают широкие области восходящего движения в атмосфере Земли, которые образуют слои облаков, такие как высокослоистые или перисто-слоистые . [18] Слоистые облака представляют собой устойчивую облачную палубу, которая имеет тенденцию образовываться, когда холодная, стабильная воздушная масса оказывается в ловушке под теплой воздушной массой. Он также может образовываться из-за подъема адвекционного тумана во время ветреной погоды. [19]
Слияние происходит, когда капли воды сливаются, образуя более крупные капли воды. Сопротивление воздуха обычно приводит к тому, что капли воды в облаке остаются неподвижными. Когда возникает турбулентность воздуха, капли воды сталкиваются, образуя более крупные капли.
По мере того, как эти более крупные капли воды опускаются, слияние продолжается, так что капли становятся достаточно тяжелыми, чтобы преодолеть сопротивление воздуха и выпасть в виде дождя. Слияние обычно происходит чаще всего в облаках при температуре выше нуля и также известно как процесс теплого дождя. [20] В облаках ниже нуля, когда кристаллы льда набирают достаточную массу, они начинают падать. Обычно для этого требуется больше массы, чем для слияния между кристаллом и соседними каплями воды. Этот процесс зависит от температуры, поскольку переохлажденные капли воды существуют только в облаке при температуре ниже нуля. Кроме того, из-за большой разницы температур между облаками и уровнем земли эти кристаллы льда могут таять при падении и превращаться в дождь. [21]
Размер капель дождя составляет от 0,1 до 9 мм (от 0,0039 до 0,3543 дюйма) в среднем диаметре, но при больших размерах они имеют тенденцию распадаться. Капли меньшего размера называются облачными, и их форма сферическая. По мере увеличения размера капли дождя ее форма становится более сплюснутой, причем ее наибольшее поперечное сечение обращено к набегающему потоку воздуха. Большие капли дождя становятся все более сплющенными на дне, как булочки для гамбургеров ; очень большие имеют форму парашютов . [22] [23] Вопреки распространенному мнению, их форма не напоминает каплю. [24] Самые большие капли дождя на Земле были зарегистрированы над Бразилией и Маршалловыми островами в 2004 году — некоторые из них достигали размера 10 мм (0,39 дюйма). Большой размер объясняется конденсацией на крупных частицах дыма или столкновениями капель на небольших участках с особенно высоким содержанием жидкой воды. [25]
Капли дождя, образующиеся при тающем граде, обычно крупнее других капель дождя. [26]
Интенсивность и продолжительность осадков обычно обратно пропорциональны, т.е. штормы высокой интенсивности, вероятно, будут кратковременными, а штормы низкой интенсивности могут иметь большую продолжительность. [27] [28]
Окончательное распределение капель по размерам является экспоненциальным . Число капель диаметром между и в единице объема пространства равно . Это обычно называют законом Маршалла-Палмера по имени исследователей, которые впервые его охарактеризовали. [23] [29] Параметры в некоторой степени зависят от температуры, [30] и наклон также масштабируется в зависимости от скорости осадков (d в сантиметрах и R в миллиметрах в час). [23]
Отклонения могут возникать для мелких капель и при различных условиях выпадения осадков. Распределение имеет тенденцию соответствовать усредненному количеству осадков, в то время как мгновенные спектры размеров часто отклоняются и моделируются как гамма-распределения . [31] Распределение имеет верхний предел из-за фрагментации капель. [23]
Капли дождя ударяются со своей конечной скоростью , которая больше для капель большего размера из-за большего отношения массы к лобовому сопротивлению. На уровне моря и без ветра дождь толщиной 0,5 мм (0,020 дюйма) падает со скоростью 2 м/с (6,6 футов/с) или 7,2 км/ч (4,5 миль в час), а большие капли толщиной 5 мм (0,20 дюйма) падают на высоте около 9 м. /с (30 футов/с) или 32 км/ч (20 миль в час). [32]
Дождь, падающий на рыхлый материал, такой как недавно выпавший пепел, может привести к образованию ямочек, которые могут окаменеть, так называемых отпечатков дождевых капель . [33] Зависимость максимального диаметра дождевых капель от плотности воздуха вместе с отпечатками ископаемых дождевых капель использовалась для ограничения плотности воздуха 2,7 миллиарда лет назад. [34]
Звук капель дождя, падающих на воду, вызван пузырьками воздуха, колеблющимися под водой . [35] [36]
Код METAR для дождя — RA, а код для ливней — SHRA. [37]
В определенных условиях осадки могут выпадать из облаков, но затем испаряться или возгоняться , не достигая земли. Это называется вирга , и его чаще можно увидеть в жарком и сухом климате.
Стратиформные (широкий щит осадков относительно одинаковой интенсивности) и динамические осадки (конвективные осадки, имеющие ливневый характер с большими изменениями интенсивности на коротких расстояниях) возникают вследствие медленного подъема воздуха в синоптических системах (порядка см/с), например, вблизи холодных фронтов , а также вблизи и к полюсам приземных теплых фронтов . Аналогичный подъем наблюдается вокруг тропических циклонов за пределами стены глаза , а также в схемах осадков в виде запятой вокруг циклонов средних широт . [38]
Вдоль закрытого фронта наблюдаются самые разнообразные погодные условия, возможны грозы, но обычно их прохождение связано с высыханием воздушной массы. Фронты окклюзии обычно формируются вокруг зрелых областей низкого давления. [39] Что отличает осадки от других типов осадков, таких как ледяная крупа и снег, так это наличие толстого слоя воздуха наверху, который находится выше точки плавления воды, который тает замерзшие осадки задолго до того, как они достигнут земли. Если имеется неглубокий приповерхностный слой с температурой ниже нуля, произойдет ледяной дождь (дождь, который замерзает при контакте с поверхностями в условиях минусовой температуры). [40] Град становится все более редким явлением, когда уровень замерзания в атмосфере превышает 3400 м (11 000 футов) над уровнем земли. [41]
Конвективный дождь , или ливневые осадки, возникают из конвективных облаков (например, кучево-дождевых или кучевых облаков ). Он выпадает в виде ливней с быстро меняющейся интенсивностью. Конвективные осадки выпадают на определенной территории за относительно короткое время, так как конвективные облака имеют ограниченную горизонтальную протяженность. Большая часть осадков в тропиках имеет конвективный характер; однако было высказано предположение, что происходят также стратиформные осадки. [38] [42] Крупа и град указывают на конвекцию. [43] В средних широтах конвективные осадки носят прерывистый характер и часто связаны с бароклинными границами, такими как холодные фронты , линии шквалов и теплые фронты. [44]
Орографические осадки выпадают на наветренной стороне гор и вызываются восходящим движением крупномасштабного потока влажного воздуха через горный хребет, что приводит к адиабатическому охлаждению и конденсации. В горных частях света, подверженных относительно постоянным ветрам (например, пассатам ) , на наветренной стороне горы обычно преобладает более влажный климат , чем на подветренной или подветренной стороне. Влага удаляется орографическим подъемом, оставляя более сухой воздух (см. стоковой ветер ) на нисходящей и, как правило, нагревающейся подветренной стороне, где наблюдается дождевая тень . [16]
На Гавайях гора Вайалеале на острове Кауаи отличается обильным количеством осадков, поскольку она входит в число мест в мире с самым высоким уровнем осадков - 9500 мм (373 дюйма) . [45] Системы, известные как штормы Кона, влияют на штат сильными дождями в период с октября по апрель. [46] Местный климат значительно различается на каждом острове из-за его топографии, которую можно разделить на наветренную ( Коолау ) и подветренную ( Кона ) области в зависимости от местоположения относительно более высоких гор. Наветренные стороны обращены к пассатам с востока на северо-восток и получают гораздо больше осадков; подветренные стороны более сухие и солнечные, с меньшим количеством осадков и меньшей облачностью. [47]
В Южной Америке горный хребет Анд блокирует попадание тихоокеанской влаги на этот континент, в результате чего климат на западе Аргентины становится похожим на пустынный. [48] Диапазон Сьерра -Невада создает тот же эффект в Северной Америке, образуя Большой Бассейн и пустыни Мохаве . [49] [50]
Влажный или дождливый сезон — это время года, охватывающее один или несколько месяцев, когда выпадает большая часть среднегодового количества осадков в регионе. [51] Термин «зеленый сезон» также иногда используется туристическими властями как эвфемизм . [52] Районы с влажными сезонами разбросаны по частям тропиков и субтропиков . [53] Климат саванны и районы с муссонным режимом имеют влажное лето и сухую зиму. Технически в тропических лесах нет засушливых или влажных сезонов, поскольку осадки в них равномерно распределяются в течение года. [54] В некоторых районах с ярко выраженными сезонами дождей в середине сезона количество осадков прекратится, когда в середине теплого сезона внутритропическая зона конвергенции или муссонная впадина сместятся к полюсу от их местоположения. [27] Когда сезон дождей наступает в теплое время года или летом , дождь выпадает в основном во второй половине дня и в ранние вечерние часы. Сезон дождей — это время, когда качество воздуха улучшается, [55] улучшается качество пресной воды , [56] [57] и значительно растет растительность.
Тропические циклоны , источник очень сильных осадков, состоят из больших воздушных масс в несколько сотен миль в поперечнике с низким давлением в центре и ветрами, дующими внутрь к центру либо по часовой стрелке (южное полушарие), либо против часовой стрелки (северное полушарие). [58] Хотя циклоны могут унести огромное количество жизней и личного имущества, они могут быть важными факторами в режиме осадков в местах, на которые они воздействуют, поскольку они могут принести столь необходимые осадки в засушливые регионы. [59] Районы на их пути могут получить годовое количество осадков в результате прохождения тропического циклона. [60]
Мелкие твердые частицы, образующиеся из автомобильных выхлопов и других источников загрязнения, образующихся в результате деятельности человека, образуют ядра конденсации облаков, что приводит к образованию облаков и увеличивает вероятность дождя. Поскольку пассажиры пригородных поездов и коммерческое движение вызывают накопление загрязнения в течение недели, вероятность дождя увеличивается: он достигает своего пика к субботе, после того, как загрязнение накопилось в течение пяти дней в будние дни. В густонаселенных районах, расположенных недалеко от побережья, таких как восточное побережье США , эффект может быть драматичным: вероятность дождя по субботам на 22% выше, чем по понедельникам. [62] Эффект городского острова тепла нагревает города на 0,6–5,6 °C (от 1,1 до 10,1 °F) по сравнению с окружающими пригородами и сельскими районами. Это дополнительное тепло приводит к усилению движения вверх, что может вызвать дополнительную активность ливней и гроз. Количество осадков с подветренной стороны от городов увеличивается с 48% до 116%. Частично из-за этого потепления ежемесячное количество осадков увеличивается примерно на 28% на расстоянии от 32 до 64 км (20–40 миль) с подветренной стороны от города по сравнению с подветренной стороной. [63] В некоторых городах общее количество осадков увеличивается на 51%. [64]
Повышение температуры приводит к увеличению испарения, что может привести к увеличению количества осадков. Количество осадков в целом увеличилось над сушей к северу от 30 ° с.ш. с 1900 по 2005 год, но уменьшилось в тропиках с 1970-х годов. В глобальном масштабе за последнее столетие не наблюдалось статистически значимой общей тенденции количества осадков, хотя тенденции сильно различались в зависимости от региона и времени. Восточные части Северной и Южной Америки, северной Европы, а также Северной и Центральной Азии стали более влажными. Сахель, Средиземноморье, юг Африки и некоторые районы южной Азии стали более засушливыми. За последнее столетие во многих районах увеличилось количество сильных осадков, а с 1970-х годов увеличилась распространенность засух, особенно в тропиках и субтропиках. Об изменениях количества осадков и испарения над океанами свидетельствует уменьшение солености вод средних и высоких широт (что подразумевает большее количество осадков), а также увеличение солености в более низких широтах (что подразумевает меньшее количество осадков и/или большее испарение). На прилегающей территории Соединенных Штатов общее годовое количество осадков увеличилось в среднем на 6,1 процента с 1900 года, при этом наибольший рост наблюдался в климатическом регионе Восток-Север-Центр (11,6 процента за столетие) и на юге (11,1 процента). Гавайи были единственным регионом, где наблюдалось снижение (-9,25 процента). [65]
Анализ данных о количестве осадков в Соединенных Штатах Америки за 65 лет показывает, что с 1950 года в 48 штатах с нижними штатами наблюдается увеличение количества сильных ливней. Наибольшее увеличение наблюдается на северо-востоке и Среднем Западе, где за последнее десятилетие количество сильных ливней увеличилось на 31 и 16 процентов. по сравнению с 1950-ми годами. Род-Айленд — штат с самым большим ростом — 104%. Макаллен, штат Техас, — город с самым большим ростом — 700%. Сильными ливнями в анализе являются дни, когда общее количество осадков превышало один процент всех дней с дождем и снегом в течение 1950–2014 годов. [66] [67]
Наиболее успешные попытки повлиять на погоду включают засев облаков , который включает методы, используемые для увеличения зимних осадков над горами и подавления града . [68]
Полосы дождя — это области облаков и осадков, которые значительно вытянуты. Полосы дождя могут быть стратиформными или конвективными [69] и возникают из-за разницы температур . Когда это удлинение осадков отмечается на изображениях метеорадиолокатора , оно называется полосчатой структурой. [70] Полосы дождя перед теплыми фронтами окклюзии и теплыми фронтами связаны со слабым восходящим движением, [71] и имеют тенденцию быть широкими и слоистыми по своей природе. [72]
Полосы дождя, возникающие вблизи и впереди холодных фронтов , могут представлять собой линии шквалов , способные вызывать торнадо . [73] Полоски дождя, связанные с холодными фронтами, могут быть искривлены горными барьерами, перпендикулярными направлению фронта, из-за образования барьерной струи низкого уровня . [74] Полосы гроз могут образовываться на границах морского и сухопутного бриза , если присутствует достаточная влажность. Если дождевые полосы морского бриза становятся достаточно активными непосредственно перед холодным фронтом, они могут замаскировать местоположение самого холодного фронта. [75]
Как только циклон закроет фронт окклюзии (впадину теплого воздуха наверху), это будет вызвано сильными южными ветрами на его восточной периферии, вращающимися вокруг его северо-восточной и, в конечном счете, северо-западной периферии (также называемой теплой конвейерной лентой), вызывая образование поверхностного впадины. продолжить путь в холодный сектор по той же кривой, что и фронт окклюзии. Фронт создает часть закрытого циклона, известную как его голова-запятая , из-за запятой формы облачности в средней тропосфере, которая сопровождает этот объект. Он также может быть очагом локальных сильных осадков, при этом возможны грозы, если атмосфера вдоль фронта достаточно нестабильна для конвекции. [76] Полосы в виде запятой во внетропическом циклоне могут привести к значительному количеству осадков. [77] За внетропическими циклонами осенью и зимой полосы дождя могут образовываться с подветренной стороны относительно теплых водоемов, таких как Великие озера . С подветренной стороны от островов из-за сближения ветра на малых высотах с подветренной стороны от краев острова могут развиваться полосы ливней и гроз. У берегов Калифорнии это было отмечено после холодных фронтов. [78]
Полосы дождя внутри тропических циклонов имеют изогнутую ориентацию. Полосы дождя тропических циклонов содержат ливни и грозы, которые вместе со стенкой глаза и глазом составляют ураган или тропический шторм . Протяженность полос дождя вокруг тропического циклона может помочь определить интенсивность циклона. [79]
Фраза « кислотный дождь» была впервые использована шотландским химиком Робертом Огусом Смитом в 1852 году. [80] Уровень pH дождя варьируется, особенно в зависимости от его происхождения. На восточном побережье Америки дождь, поступающий из Атлантического океана, обычно имеет pH 5,0–5,6; дождь, попадающий на материк с запада, имеет pH 3,8–4,8; а местные грозы могут иметь pH всего 2,0. [81] Дождь становится кислым в первую очередь из-за присутствия двух сильных кислот: серной (H 2 SO 4 ) и азотной кислоты (HNO 3 ). Серную кислоту получают из природных источников, таких как вулканы и водно-болотные угодья (сульфатвосстанавливающие бактерии); и антропогенные источники, такие как сжигание ископаемого топлива и горнодобывающая промышленность, где присутствует H 2 S. Азотная кислота производится естественными источниками, такими как молния, почвенные бактерии и природные пожары; а также производится антропогенным путем при сжигании ископаемого топлива и на электростанциях. За последние 20 лет концентрации азотной и серной кислоты снизились в присутствии дождевой воды, что может быть связано со значительным увеличением содержания аммония (скорее всего, аммиака от животноводства), который действует как буфер при кислотных дождях и повышает рН. [82]
Классификация Кеппена зависит от среднемесячных значений температуры и осадков. Наиболее часто используемая форма классификации Кеппена включает пять основных типов, обозначенных от A до E. В частности, основными типами являются A, тропический; Б – сухой; C — умеренная средняя широта; D — холодная средняя широта; и Е — полярный. Пять основных классификаций можно далее разделить на вторичные классификации, такие как тропический лес , муссоны , тропическая саванна , влажный субтропический , влажный континентальный , океанический климат , средиземноморский климат , степь , субарктический климат , тундра , полярная ледниковая шапка и пустыня .
Тропические леса характеризуются большим количеством осадков: по определениям минимальное нормальное годовое количество осадков составляет от 1750 до 2000 мм (от 69 до 79 дюймов). [84] Тропическая саванна — это луговой биом , расположенный в регионах с полузасушливым и полувлажным климатом субтропических и тропических широт , с количеством осадков от 750 до 1270 мм (от 30 до 50 дюймов) в год. Они широко распространены в Африке, а также встречаются в Индии, северной части Южной Америки, Малайзии и Австралии. [85] Во влажной субтропической климатической зоне зимние осадки сопровождаются сильными штормами , которые западные ветры направляют с запада на восток. Большая часть летних осадков выпадает во время гроз и периодических тропических циклонов. [86] Влажный субтропический климат расположен на восточной стороне континентов, примерно между 20° и 40° широты от экватора. [87]
Океанический (или морской) климат обычно встречается вдоль западных побережий в средних широтах всех континентов мира, граничащих с прохладными океанами, а также с юго-восточной Австралией, и сопровождается обильными осадками круглый год. [88] Средиземноморский климатический режим напоминает климат земель Средиземноморского бассейна , частей западной части Северной Америки, частей Западной и Южной Австралии , юго-западной части Южной Африки и некоторых частей центрального Чили . Климат характеризуется жарким сухим летом и прохладной влажной зимой. [89] Степь – это сухой луг . [90] Субарктический климат холодный, с постоянной вечной мерзлотой и небольшим количеством осадков. [91]
Дождь измеряется в единицах длины в единицу времени, обычно в миллиметрах в час [94] или в странах, где более распространены имперские единицы , в дюймах в час. [95] Измеряемая «длина» или, точнее, «глубина» — это глубина дождевой воды, которая может накопиться на плоской, горизонтальной и непроницаемой поверхности в течение заданного периода времени, обычно часа. [96] Один миллиметр осадков эквивалентен одному литру воды на квадратный метр. [97]
Стандартным способом измерения количества осадков или снегопада является стандартный дождемер, который можно найти в пластиковом исполнении диаметром 100 мм (4 дюйма) и в металлическом исполнении диаметром 200 мм (8 дюймов). [98] Внутренний цилиндр наполняется дождевой водой толщиной 25 мм (0,98 дюйма), при этом излишки стекают во внешний цилиндр. Пластиковые манометры имеют маркировку на внутреннем цилиндре с разрешением до 0,25 мм (0,0098 дюйма), тогда как для металлических манометров требуется использование стержня с соответствующей маркировкой 0,25 мм (0,0098 дюйма). После того, как внутренний цилиндр заполнен, количество воды внутри него выбрасывается, а затем заполняется оставшимися осадками во внешнем цилиндре до тех пор, пока вся жидкость во внешнем цилиндре не исчезнет, добавляя к общей сумме, пока внешний цилиндр не опустеет. [99] Другие типы датчиков включают популярный клиновой датчик дождя (самый дешевый и самый хрупкий), дождемер с опрокидывающимся ковшом и весовой датчик дождя. [100] Для тех, кто хочет измерить количество осадков с наименьшими затратами, цилиндрическая банка с прямыми сторонами будет действовать как дождемер, если оставить ее на открытом воздухе, но ее точность будет зависеть от того, какой линейкой используется для измерения дождя. Любой из вышеперечисленных дождемеров можно изготовить в домашних условиях при наличии достаточных ноу-хау. [101]
При измерении количества осадков в Соединенных Штатах и других странах существуют различные сети, где измерения количества осадков могут быть отправлены через Интернет, например CoCoRAHS или GLOBE. [102] [103] Если сеть недоступна в районе проживания, ближайшее местное метеорологическое или метеорологическое бюро, скорее всего, будет заинтересовано в измерениях. [104]
Одним из основных применений метеорологического радара является возможность оценки количества осадков, выпавших в крупных бассейнах, для гидрологических целей. [105] Например, борьба с речными наводнениями , управление канализацией и строительство плотин — все это области, в которых планировщики используют данные о накоплении осадков. Оценки количества осадков, полученные с помощью радара, дополняют данные наземных станций, которые можно использовать для калибровки. Для получения радиолокационных данных интенсивность дождя в определенной точке оценивается с использованием значений отражательной способности в отдельных точках сетки. Затем используется уравнение радиолокации, которое имеет вид
Интенсивность осадков классифицируют по интенсивности выпадения осадков, которая зависит от рассматриваемого времени. [108] Для классификации интенсивности осадков используются следующие категории:
Термины, используемые для обозначения сильного или сильного дождя, включают мойку оврагов, уборку мусора и душитель жаб. [111] Интенсивность также может быть выражена через R-фактор эрозии осадков [112] или через n-индекс временной структуры осадков . [108]
Среднее время между возникновением события с заданной интенсивностью и продолжительностью называется периодом повторяемости . [113] Интенсивность шторма можно предсказать для любого периода повторяемости и продолжительности шторма на основе графиков, основанных на исторических данных для данного места. [114] Период повторяемости часто выражается как n -летнее событие. Например, 10-летний шторм описывает редкое выпадение дождя, происходящее в среднем раз в 10 лет. Количество осадков будет больше, а наводнение будет сильнее, чем самый сильный шторм, ожидаемый за любой год. 100-летний шторм – это чрезвычайно редкое явление с выпадением осадков, происходящее в среднем один раз в столетие. Дожди будут экстремальными, а наводнение будет сильнее, чем 10-летнее явление. Вероятность события в любом году обратна периоду повторяемости (при условии, что вероятность остается одинаковой для каждого года). [113] Например, вероятность возникновения 10-летнего шторма в любой год составляет 10 процентов, а вероятность возникновения 100-летнего шторма в году составляет 1 процент. Как и в случае со всеми вероятностными событиями, возможно, хотя и маловероятно, возникновение нескольких 100-летних штормов в течение одного года. [115]
Количественный прогноз осадков (сокращенно QPF) — это ожидаемое количество жидких осадков, накопленных за определенный период времени на определенной территории. [116] QPF будет указываться, когда измеримый тип осадков, достигающий минимального порога, прогнозируется в течение любого часа в течение периода действия QPF. Прогнозы осадков, как правило, привязаны к синоптическим часам, таким как 00:00, 06:00, 12:00 и 18:00 по Гринвичу . Рельеф учитывается в QPF с использованием топографии или на основе климатологических моделей осадков, полученных в результате наблюдений с высокой детализацией. [117] Начиная с середины и конца 1990-х годов, QPF использовались в моделях гидрологического прогноза для моделирования воздействия на реки по всей территории Соединенных Штатов. [118]
Модели прогнозов демонстрируют значительную чувствительность к уровням влажности в пограничном слое планеты или на самых нижних уровнях атмосферы, который уменьшается с высотой. [119] QPF может генерироваться на количественной основе прогнозирования сумм или на качественной основе прогнозирования вероятности конкретной суммы. [120] Методы прогнозирования по радиолокационным изображениям демонстрируют более высокую эффективность , чем модельные прогнозы, в течение 6–7 часов с момента получения радиолокационного изображения. Прогнозы можно проверить с помощью измерений дождемеров, оценок метеорологических радиолокаторов или их комбинации. Для измерения ценности прогноза осадков можно определить различные показатели навыков. [121]
Осадки, особенно дождь, оказывают сильное влияние на сельское хозяйство. Всем растениям для выживания требуется хотя бы немного воды, поэтому дождь (будучи наиболее эффективным средством полива) важен для сельского хозяйства. Хотя регулярный режим дождя обычно жизненно важен для здоровья растений, слишком большое или слишком малое количество осадков может быть вредным и даже разрушительным для сельскохозяйственных культур. Засуха может привести к гибели посевов и усилению эрозии, [122] а слишком влажная погода может вызвать рост вредных грибков . [123] Чтобы выжить, растениям необходимо различное количество осадков. Например, некоторым кактусам требуется небольшое количество воды, [124] в то время как тропическим растениям для выживания может потребоваться до сотен дюймов дождя в год.
В районах с влажным и засушливым сезонами количество питательных веществ в почве уменьшается, а эрозия увеличивается во время сезона дождей. [27] У животных есть стратегии адаптации и выживания к более влажному режиму. Предыдущий засушливый сезон привел к нехватке продовольствия в сезон дождей, поскольку урожай еще не созрел. [125] Развивающиеся страны отмечают, что их население испытывает сезонные колебания веса из-за нехватки продовольствия, наблюдаемой перед первым сбором урожая, который происходит в конце сезона дождей. [126] Дождь можно собирать с помощью резервуаров для дождевой воды ; обработанные для питьевого использования или для непитьевого использования в помещении или для орошения. [127] Чрезмерные дожди в течение коротких периодов времени могут вызвать ливневые паводки . [128]
Культурное отношение к дождю различается во всем мире. В умеренном климате люди, как правило, испытывают больший стресс, когда погода нестабильная или пасмурная, причем это больше влияет на мужчин, чем на женщин. [129] Дождь также может приносить радость, поскольку некоторые считают его успокаивающим или наслаждаются его эстетической привлекательностью. В засушливых местах, таких как Индия, [130] или в периоды засухи , [131] дождь поднимает людям настроение. В Ботсване слово сетсвана , обозначающее дождь, пула , используется в качестве названия национальной валюты в знак признания экономической важности дождя в этой стране, поскольку здесь пустынный климат. [132] Некоторые культуры разработали средства борьбы с дождем и разработали многочисленные защитные устройства, такие как зонтики и плащи , а также отводные устройства, такие как желоба и ливневые стоки , которые отводят дожди в канализацию. [133] Многие люди находят запах во время и сразу после дождя приятным или характерным. Источником этого аромата является петрикор , масло, вырабатываемое растениями, затем впитываемое камнями и почвой, а затем выбрасываемое в воздух во время дождя. [134]
Дождь имеет важное религиозное значение во многих культурах. [135] Древние шумеры верили, что дождь — это семя бога неба Ан , [136] которое упало с небес, чтобы оплодотворить его супругу, богиню земли Ки , [136] заставив ее дать рождение всем растениям земля. [136] Аккадцы верили, что облака были грудью супруги Ану Анту [ 136] и что дождь был молоком из ее груди. [136] Согласно еврейской традиции, в первом веке до нашей эры еврейский чудотворец Хони ха-Магель положил конец трехлетней засухе в Иудее , нарисовав круг на песке и помолившись о дожде, отказавшись выйти из круга. пока его молитва не была услышана. [137] В своих «Размышлениях» римский император Марк Аврелий сохраняет молитву о дожде, произнесенную афинянами греческому богу неба Зевсу . [135] Известно, что различные индейские племена исторически проводили танцы под дождем , чтобы вызвать дождь. [135] Ритуалы вызывания дождя также важны во многих африканских культурах. [138] В современных Соединенных Штатах губернаторы различных штатов проводят Дни молитвы о дожде, в том числе Дни молитвы о дожде в штате Техас в 2011 году. [135]
Приблизительно 505 000 км 3 (121 000 кубических миль) воды выпадает в виде осадков каждый год по всему земному шару, из них 398 000 км 3 (95 000 кубических миль) приходится на океаны. [139] Учитывая площадь поверхности Земли, это означает, что среднегодовое количество осадков в мире составляет 990 мм (39 дюймов). Пустыни определяются как территории со среднегодовым количеством осадков менее 250 мм (10 дюймов) в год [140] [141] или как территории, где больше воды теряется в результате эвапотранспирации , чем выпадает в виде осадков. [142]
В северной половине Африки преобладает самый обширный жаркий и засушливый регион в мире — пустыня Сахара . Некоторые пустыни также занимают большую часть юга Африки: Намиб и Калахари . По всей Азии большой годовой минимум осадков, состоящий в основном из пустынь, простирается от пустыни Гоби в Монголии на запад-юго-запад через западный Пакистан ( Белуджистан ) и Иран до Аравийской пустыни в Саудовской Аравии. Большая часть Австралии является полузасушливой или пустынной, [143] что делает ее самым засушливым населенным континентом в мире. В Южной Америке горный хребет Анд блокирует попадание тихоокеанской влаги на этот континент, в результате чего климат на западе Аргентины становится похожим на пустынный. [48] Более засушливые районы Соединенных Штатов — это регионы, где пустыня Сонора простирается на юго-запад пустыни, Большой бассейн и центральный Вайоминг. [144]
Поскольку дождь выпадает только в жидком виде, он редко выпадает, когда температура поверхности ниже нуля, если только наверху нет слоя теплого воздуха, и в этом случае дождь становится ледяным . Из-за того, что большую часть времени вся атмосфера находится ниже нуля, в очень холодном климате выпадает очень мало осадков, и их часто называют полярными пустынями . Обычным биомом в этой области является тундра с короткими летними оттепелями и продолжительной морозной зимой. Ледяные шапки вообще не видят дождя, что делает Антарктиду самым засушливым континентом в мире.
Тропические леса — это районы мира с очень большим количеством осадков. Существуют как тропические , так и умеренные тропические леса. Влажные тропические леса занимают большую полосу планеты преимущественно вдоль экватора . Большинство тропических лесов умеренного пояса расположены на гористом западном побережье между 45 и 55 градусами широты, но они часто встречаются и в других районах.
Около 40–75% всей биотической жизни встречается в тропических лесах. На тропические леса также приходится 28% мирового оборота кислорода.
Экваториальный регион вблизи зоны внутритропической конвергенции (ITCZ), или муссонной впадины, является самой влажной частью континентов мира. Ежегодно к августу дождевой пояс в тропиках продвигается на север, а к февралю и марту возвращается на юг, в Южное полушарие . [145] В Азии осадки преобладают в ее южной части, от востока и северо-востока Индии, через Филиппины и южный Китай в Японию из-за муссонов, переносящих влагу в основном из Индийского океана в регион. [146] В августе муссонная впадина может достигать севера до 40-й параллели в Восточной Азии, а затем двигаться на юг. Его продвижение к полюсу ускоряется с наступлением летнего муссона, который характеризуется развитием более низкого давления воздуха ( термического минимума ) над самой теплой частью Азии. [147] [148] Подобные, но более слабые, муссонные циркуляции присутствуют над Северной Америкой и Австралией. [149] [150]
Летом юго-западный муссон в сочетании с влажностью Калифорнийского и Мексиканского заливов , движущейся вокруг субтропического хребта в Атлантическом океане, обещает дневные и вечерние грозы на южной части Соединенных Штатов, а также на Великих равнинах . [151] Восточная половина прилегающих Соединенных Штатов к востоку от 98-го меридиана , горы северо -запада Тихого океана и хребет Сьерра-Невада являются более влажными частями страны, со средним количеством осадков, превышающим 760 мм (30 дюймов) в год. [152] Тропические циклоны увеличивают количество осадков в южных частях Соединенных Штатов, [153] а также в Пуэрто-Рико , Виргинских островах Соединенных Штатов , [154] на Северных Марианских островах , [155] Гуаме и Американском Самоа .
Западный поток из мягкой Северной Атлантики приводит к повышению влажности в Западной Европе, особенно в Ирландии и Соединенном Королевстве, где западное побережье может получать от 1000 мм (39 дюймов) на уровне моря до 2500 мм (98 дюймов) в горах. осадков в год. Берген , Норвегия, — один из самых известных европейских городов с дождливым климатом, где годовое количество осадков в среднем составляет 2250 мм (89 дюймов). Осенью, зимой и весной тихоокеанские штормовые системы приносят большую часть осадков на большую часть Гавайских островов и на запад США. [151] Над вершиной хребта реактивный поток приносит максимум летних осадков в Великие озера . Крупные грозовые области, известные как мезомасштабные конвективные комплексы, в теплое время года перемещаются через равнины, Средний Запад и Великие озера, внося до 10% годовых осадков в регион. [156]
Эль -Ниньо-Южное колебание влияет на распределение осадков, изменяя характер выпадения осадков на западе Соединенных Штатов, [157] Среднем Западе, [158] [159] Юго-востоке, [160] и во всех тропиках. Есть также свидетельства того, что глобальное потепление приводит к увеличению количества осадков в восточных частях Северной Америки, в то время как засухи становятся более частыми в тропиках и субтропиках.
Черрапунджи , расположенный на южных склонах Восточных Гималаев в Шиллонге , Индия, является подтвержденным самым влажным местом на Земле со средним годовым количеством осадков 11 430 мм (450 дюймов). Самый высокий зарегистрированный уровень осадков за один год составил 22 987 мм (905,0 дюйма) в 1861 году. Среднее количество осадков за 38 лет в соседнем Маусинраме , Мегхалая , Индия, составляет 11 873 мм (467,4 дюйма). [161] Самым влажным местом в Австралии является гора Белленден-Кер на северо-востоке страны, где в среднем выпадает 8000 мм (310 дюймов) в год, при этом в 2000 году выпало более 12 200 мм (480,3 дюйма) дождя. [162] ] В Большом болоте на острове Мауи выпадает самое большое среднегодовое количество осадков на Гавайских островах - 10 300 мм (404 дюйма). [163] Гора Вайалеале на острове Кауаи достигает аналогичного результата.проливные дожди, хотя и немного ниже, чем у Большого Болота: 9 500 мм (373 дюйма) [164] осадков в год за последние 32 года, с рекордными 17 340 мм (683 дюйма) в 1982 году. Его вершина считается одной из из самых дождливых мест на земле: по сообщениям, дождливые дни идут 350 дней в году.
Льоро , город, расположенный в Чоко , Колумбия , вероятно, является местом с самым большим количеством осадков в мире, в среднем 13 300 мм (523,6 дюйма) в год. [165] В департаменте Чоко необычайно влажно. Тутунендао, небольшой городок, расположенный в том же департаменте, является одним из самых влажных мест на Земле, в среднем 11 394 мм (448,6 дюйма) в год; в 1974 году в городе выпало 26 303 мм (86 футов 3,6 дюйма), что стало самым большим годовым количеством осадков, измеренным в Колумбии. В отличие от Черапунджи, где большая часть осадков выпадает в период с апреля по сентябрь, в Тутунендао дожди распределяются почти равномерно в течение года. [166] Кибдо , столица Чоко, получает больше всего осадков в мире среди городов с населением более 100 000 человек: 9 000 мм (354 дюйма) в год. [165] Во время штормов в Чоко выпадает до 500 мм (20 дюймов) осадков за день. Эта сумма больше, чем выпадет во многих городах за год.
«Среднее за 30 лет количество осадков в Биг-Боге для ПОР в 1978–2007 годах составляет 404,4».