暴雨發(fā)生的基本條件

暴雨一般發(fā)生在中小尺度天氣系統(tǒng)中，其時間尺度從幾十分鐘到十幾小時，空間尺度從幾千米到幾百千米，而形成暴雨的中小尺度系統(tǒng)又是處于天氣尺度系統(tǒng)內(nèi)，兩者通常有著密切的關(guān)系。因而上兩類天氣系統(tǒng)的集合系統(tǒng)稱為降水系統(tǒng)。

降水系統(tǒng)中降水的形成和強度主要與6個條件有密切的關(guān)系：（1）水汽分布和供應(yīng)；（2）上升運動；（3）層結(jié)穩(wěn)定度和中尺度不穩(wěn)定性；（4）風(fēng)的垂直切變；（5）云的微物理過程；（6）地形。

(1)水汽分布和供應(yīng)
為了使暴雨得以發(fā)生、發(fā)展和維持，必須有豐富的水汽供應(yīng)，計算表明僅僅依靠降水區(qū)氣柱內(nèi)所含的水分是不夠的，即使氣柱中所含的水汽全部降下也只能達(dá)到50~70 mm的降水量。但是暴雨的降水量，尤其是大暴雨或特大暴雨的降水率十分強，每小時可達(dá)100 mm，因而必須有外界水汽向暴雨區(qū)迅速地集中和不斷地供應(yīng)。對于持久性的暴雨，要求水汽有源源不斷的輸送，以補充暴雨發(fā)生不斷耗損的水汽量，這種水汽輸送，需要特別有效的機制能在較短時間內(nèi)在更大范圍內(nèi)為暴雨區(qū)收集所必需的水汽量。

（2）上升運動
降水是發(fā)生在空氣的上升運動區(qū)，地面或低層的空氣只有通過抬升才能達(dá)到飽和，從而產(chǎn)生凝結(jié)，降落下來成為降水。對于天氣尺度而言（如鋒區(qū)、溫帶氣旋、高空槽前部、副熱帶高壓邊緣等）上升速度只有100cm/s。由這種上升速度引起的降水量約為100~101mm/24 h。因此只靠大尺度系統(tǒng)中的上升運動不能引起暴雨，事實上也很少觀測到上千千米的暴雨區(qū)，在水平尺度為100~300 km的中尺度系統(tǒng)中（如中尺度輻合線、颮線、中尺度低壓等）上升速度比大尺度系統(tǒng)中的上升速度大一個量級，達(dá)到101cm/s。由這種上升運動引起的降水量大約101mm/h，達(dá)到了暴雨的強度。對于積云尺度的小尺度系統(tǒng)，由于其上升速度可達(dá)102cm/s，其所造成的降水強度約102mm/h，達(dá)到了大暴雨的量級。因而在不同尺度的天氣系統(tǒng)中，同暴雨直接有關(guān)系的是中、小尺度上升運動，因而中小尺度系統(tǒng)是直接造成暴雨的天氣系統(tǒng)。但大尺度的上升運動為中小尺度上升運動的形成和增強提供了必要的環(huán)流背景和環(huán)境條件，因而大尺度上升運動的存在是暴雨發(fā)生發(fā)展的先決條件。

（3）層結(jié)穩(wěn)定度和中尺度不穩(wěn)定性
對流性暴雨是一種熱對流現(xiàn)象。大氣中有兩種類型的對流：垂直對流和傾斜對流。它們形成的暴雨系統(tǒng)形態(tài)有明顯差別，前者多形成暴雨雨團、強風(fēng)暴單體、中尺度對流復(fù)合體（MCC）、中尺度對流系統(tǒng)（MCS）等，后者主要形成與鋒區(qū)有關(guān)的對流雨帶。垂直對流和傾斜對流在物理條件上不完全相同，前者主要依靠大氣的層結(jié)穩(wěn)定度，后者除層結(jié)穩(wěn)定度條件外，還必須考慮動力不穩(wěn)定條件。

（4）風(fēng)的垂直切變
風(fēng)垂直切變對局地強風(fēng)暴有比較重要的影響，由于強風(fēng)暴也是引起暴雨，尤其是突發(fā)性暴雨，因而風(fēng)垂直切變也是影響暴雨的重要因素之一。

（5）云的微物理過程
由于地形和不同尺度天氣系統(tǒng)或云系之間的相互作用，可以形成自然的播撒過程，從而使降水增強，形成暴雨。由于地形的作用，在山前形成大范圍層狀云，其中有許多小雨滴，如果積雨云由海上或其他地區(qū)移入到這片層狀云區(qū)，可以形成積雨云與層狀云共存的混合云系，兩種云系不同大小的雨滴將發(fā)生明顯的相互作用而產(chǎn)生播撒過程。積雨云中前部流入的強上升氣流將攜帶其中的大雨滴向上，通過0℃層后轉(zhuǎn)化為冰晶或雪晶，也有一部分成為過冷水滴，由于冰面的飽和水汽壓小于水滴表面的飽和水汽壓，積雨云中的水汽將凝華到冰晶上，使冰晶增長，由于積云雨上部的水汽減少，過冷水滴將蒸發(fā)以補充水汽，結(jié)果發(fā)生由過冷水滴向冰晶的迅速轉(zhuǎn)化（這種不穩(wěn)定也被稱為膠性不穩(wěn)定）。通過這種方式增長的大冰晶一部分隨上升氣流被帶到云砧區(qū)，在那里下落，通過零度層后變成大水滴，以后又落入到低空的層狀云層內(nèi)，捕獲在此層懸浮的大量小水滴而增長，最后下落到地面成為強降水。積雨云上面的另一部分冰晶則隨后面的下沉氣流直接落入層狀云中，通過碰并過程迅速增長到大雨滴，也使地面降水增加，這種混合云不但在沿海地區(qū)山區(qū)迎風(fēng)面可以觀測到，在梅雨期，臺風(fēng)季也經(jīng)?？梢杂^測到，它使降水增幅形成暴雨。

（6）地形
暴雨與地形有密切關(guān)系。夏季，我國各地大到暴雨日頻數(shù)分布和雨量分布都受到不同尺度的地形影響，我國的大尺度地形總體上呈東低西高其間有東西向山脈（燕山、南嶺等），因而在夏季盛行東南季風(fēng)和西南季風(fēng)時，潮濕空氣受地形抬升，暴雨日數(shù)最多的地區(qū)大多位于山脈的東側(cè)或南側(cè)的迎風(fēng)坡，如太行山、伏牛山、大別山、武夷山和燕山與南嶺山地等。對于區(qū)域或局地尺度的暴雨，其雨量分布也與地形有密切關(guān)系，例如北京地處華北平原的北部，它的北部是燕山山脈，西部是大行山脈的北端，兩大山系在北京西北部相交，東南部是平原，由于地形的影響，夏季暴雨出現(xiàn)次數(shù)最多的是在西部和北坡山坡上，這里是低層偏南風(fēng)或偏東風(fēng)的迎風(fēng)面，氣流有明顯的抬升作用和地形引起的切變輻合線。