雨滴(液體)

通常把半徑小於 100μm 的水滴稱為雲滴，半徑大於 100μm 的水滴稱雨滴。標準雲滴半徑為 10μm，標準雨滴半徑為 1000μm，從體積來說，半徑1mm 的雨滴約相當於 100 萬個半徑為 10μm 的雲滴。水成雲內如果具備了雲滴增大為雨滴的條件，並使雨滴具有一定的下降速度，這時降落下來的就是雨或毛毛雨。

基本介紹

• 中文名：雨
• 外文名：rain
• 來源：降水現象
• 顏色：無色
• 狀態：液態
• 屬於：氣候環境

基本信息

漢語解釋

讀音：yǔdī

(1) [rain]∶以滴的形式下落的水,特別是指從雲中下落的

(2) [raindrop]∶雨點

雨滴是一種自然降水現象。大氣層中的水蒸氣凝結成小水珠，大量的小水珠形成了雲。當雲中的水珠達到一定質量以後就會下落至地表，這就是降雨。雨是地球水循環不可缺少的一部分，是大部分生態系統的水分來源，是幾乎所有的遠離河流的陸生植物補給淡水的唯一方法。雨滴也有可能在還未到達地面時就完全蒸發，有些形況就是在當雨通過森林的林木時，雨常會被森林截流，而直接蒸發入大氣中，這種情形可以減少雨對於地表的侵蝕。在有些地表炎熱的地區（如沙漠地區）水分直接蒸發尤為常見。這樣的降雨被稱為幡狀雲。

雨滴圖片

形成過程

由小水滴（小冰滴）構成的雲稱為水成雲（冰成雲）。當云為水成雲或冰成雲時，雲能否降水，取決於能否在較短時間內形成大量足夠大的雨滴（一個雨滴約合一百萬個雲中水滴）。雲中水滴形成雨滴的途徑有兩種。或者雲中水滴自己不斷凝結變大，或者雲與雲之間互相碰撞使得雲中水滴相互結合，質量變大。當水滴的質量大到上升氣流無法將其“托住”時，水滴下降，便形成了雨。實際上，水滴僅僅靠自我凝結是很難變成足夠下降的雨滴的，主要的增長手段是通過水滴之間的相互結合。

雨滴圖片

在降雨過程中，大雨滴的速度比小雨滴的速度要快，因此可以趕上小雨滴並“吞併”它們，增大體積。當水滴不斷增大，在空氣中下降時就不再保持球形。開始下降時，雨滴底部平整，上部因表面張力而保持原來的球形。當水滴繼續增大，在空氣中下降時，除受表面張力外，還要受到周圍的空氣作用在水滴上的壓力以及因重力引起的水滴內部的靜壓力差，二者均隨水滴的增長及下降而不斷增大。在三種力的作用下，水滴變形越來越劇烈，底部向內凹陷，形成一個空腔。空腔越變越大，越變越深，上部越變越薄，最後破碎成許多大小不同的水滴。破裂的水滴又會被其它的大雨滴吞併形成新的大水滴。此外，雨滴所帶有的正負電荷也是雨滴之間衝撞結合的原因之一。

水滴在下降過程中保持不破碎的最大尺度稱為臨界尺度，常用等體積球體的半徑來表示，稱為臨界半徑或破碎半徑。在不同的氣流條件下，臨界半徑是不同的。如在均勻氣流條件下，臨界半徑為450至500μm，而在有擾動的瞬時氣流條件下，臨界半徑約為300μm。。在自然界中觀測到的臨界半徑為300至350μm，是因為大氣具有湍流的緣故。

雨在下落時可能做數次垂直運動，這是由上升氣流的強與弱有關的。如果雲層含水量少，那么就無法形成雨，而是陰雲；如果雲層含量大，上升氣流強，導致水滴在下降過程中凝結，而凝結成的冰又被上升氣流托住而上升，如此反覆則形成雹。

大小不同

留心觀察的人會發現，落到地上的雨點大大小小體積不同。這個問題困惑了科學家很久，以前他們都認為這是雨水在雲中形成時的各種複雜反應造成的，通過高速攝影發現，其實答案很簡單。

雨是雲里的水蒸氣附著在灰塵等各種小顆粒中慢慢聚集形成的，因為在雲層中這些小水珠互相離的很近，所以它們很容易碰到一起越長越大，雲中的各種氣流也會促進這個過程。但是，當這個圓形的水珠下落後，情況就變了，首先它會變成一個煎蛋一樣的扁盤子，然後越來越薄，越來越寬，慢慢由於空氣的作用變形成倒著的塑膠袋一樣的東東，終於最後“塑膠袋”破碎了，變成許多小顆粒，這些大大小小的水滴才是落到地面上的雨。

相關降水

從雲中降到地面上的液態或固態水，稱為降水。降水雖然主要來自雲中，但有雲不一定都有降水。這是因為雲滴的體積很小（通常把半徑小於 100μm 的水滴稱為雲滴，半徑大於 100μm 的水滴稱雨滴。標準雲滴半徑為 10μm，標準雨滴半徑為 1000μm，從體積來說，半徑1mm 的雨滴約相當於 100 萬個半徑為 10μm 的雲滴），不能克服空氣阻力和上升氣流的頂托。只有當雲滴增長到能克服空氣阻力和上升氣流的頂托，並且在降落至地面的過程中不致被蒸發掉時，降水才形成。

雨：自雲體中降落至地面的液體水滴。

雨的形成由液態水滴（包括過冷卻水滴）所組成的雲體稱為水成雲。水成雲內如果具備了雲滴增大為雨滴的條件，並使雨滴具有一定的下降速度，這時降落下來的就是雨或毛毛雨。由冰晶組成的雲體稱為冰成雲，而由水滴（主要是過冷卻水滴）和冰晶共同組成的雲稱為混合雲。從冰成雲或混合雲中降下的冰晶或雪花，下落到 0℃以上的氣層內，融化以後也成為雨滴下落到地面，形成降雨。

在雨的形成過程中，大水滴起著重要的作用。當水滴半徑增大到 2—3mm時，水分子間的引力難以維持這樣大的水滴，在降落途中，就很容易受氣流的衝擊而分裂，通過“連鎖反應”，使大水滴下降，小水滴繼續存在，形成新的大水滴。這是上升氣流較強的水成雲和混合雲中形成雨的重要原因。

雨滴譜與雨滴

雨滴譜是指單位體積中雨滴大小的分布。

降水是雲中微物理過程，雲動力學過程以及諸因素綜合作用的結果 雨滴是雲中巨觀微觀過程矛盾的最終產物，雨滴大小分布必然反映了降水過程。雨滴譜又稱雨滴尺度分布，是指單位體積內各種大小雨滴的數量隨其直徑的分布 粒子在雲中形成雨滴並下降到地面，經過了凝結合併，碰撞破碎，上升氣流及蒸發等作用的影響，雨滴譜則是上述作用結果的表現，雨滴譜的譜型和有關特徵量可以反映降水的微物理特徵 研究降水粒子特性，有助於解釋雲內成雨機制，對於評估人工增雨雲水條件與效果檢驗，提高雷達測量降水精度，研究雨滴的微波輻射與衰減過程，以及地表過程中水土保持等有著重要的意義。雨滴譜研究在近30年得到迅速發展，雨滴譜觀測結果廣泛套用於氣象和水文等領域。 其中，雨滴譜儀為雨滴譜研究提供了基礎觀測數據 使用雨滴譜儀進行降雨觀測，進而分析降雨特徵，在區域性降雨監測中發揮出重要作用。

測量技術

傳統雨滴譜測量是通過人工採集大量的雨滴特性參數數據，根據雨滴直徑的大小進行統計分類由於其過程繁瑣精確度不高，傳統的雨滴譜測量方法已逐漸被新的技術所取代 隨著光電技術的發展，人們設計出多種雨滴譜儀，實現了雨滴譜測量的自動化 而天氣雷達的觀測資料中包含雨滴譜信息，進一步實現對雨滴譜資料的大範圍獲取。

1 雨滴譜測量的傳統方法

早期測量雨滴譜的技術方法包括動力學法，濾紙色斑法，麵粉團法，快速攝影法和浸潤法。

動力學法

使用壓強變換器和電壓感測器，根據測量雨滴的下落動能變化來獲得雨滴尺寸的大小 僅適合於譜帶均一的降水，由於該種方法誤差太大，通常很少採用。

濾紙色斑法

是根據雨滴落在一定面積的濾紙上的斑跡大小，逐個讀數，依據已有的檢定曲線，將其轉換為雨滴大小，再經過一定的計算，得出雨滴譜的各類特徵值 這種方法的誤差範圍在6%～14%，相當於0．037～37mg 濾紙色斑法不能對地面雨滴譜進行連續不間斷的觀測。

麵粉團法

使用內部裝有麵粉有一定表面積的廣口容器 雨滴降落在容器中，與麵粉接觸後，每個雨滴會形成一個小球 將其烘乾後稱重，測出每個雨滴的粒徑大小 其缺點是若使用的麵粉不同，其校正曲線之間會存在細微的差別。

快速攝影法

攝正在降落的雨滴，將照片置於顯微鏡下測量 攝影法直接測量出同一地點上的單個雨滴的大小和形狀，並不能很好地測量雨滴譜分布，同時成本高，僅適合實驗室中模擬降水的情況

浸潤法

使用盛有油料的容器來接盛雨滴由於水和油不溶合，同時水比油的密度大，具有足夠末速度的雨滴落入油中會因表面張力的作用而變成球形水珠 ，測量油中的水珠直徑即可獲得雨滴大小。

在傳統方法中，使用較多的是麵粉團法和濾紙色斑法，但普遍存在精度低工作量大，實時性差，成本高及無法自動完成測量分類等缺點 。

2 地面雨滴譜儀技術

Clardy等第一次提出使用雨滴譜儀來測量雨滴大小和速度。 該雨滴譜儀包含一個光電管，可以捕獲經過採樣區域的，不同大小等級的雨滴數目。目前使用廣泛的雨滴譜儀主要包括基於電動機械技術的衝擊型雨滴譜儀和光電測量技術的光學雨滴譜儀。

衝擊型雨滴譜儀

衝擊型雨滴譜儀的基本原理是根據雨滴撞擊感測器的垂直衝擊力來測量雨滴大小。 其典型代表是目前廣泛使用的Joss-Waldvogel( JWD) 雨滴譜儀，由感測器，處理器和電纜組成 。

光學雨滴譜儀

光學雨滴譜儀是基於雷射技術的新一代粒子測量器及氣象感測器，主要由發射機，接收機，控制運算和存儲等電路部分組成，其基本原理是當降水粒子通過採樣區域時測量其信號 。

聲學雨滴譜儀

聲學雨滴譜儀最初設計用於海洋上降雨的測量，採用一定面積的水體作為採樣區間 。雨滴擊打水面產生的聲音非常短，僅為40 s，所以可以實現在很短的時間間隔內，識別出較大數量的雨滴衝擊水面的聲音，從而保證了較大的採樣區間和較短的時間解析度( 1s或者更短)。

在使用Parsivel雷射降水粒子譜儀資料對上海地區2013年3月至2014年2月期間33次降水過程的雨滴譜特徵進行統計分析時,對四次不同類型(層狀雲、對流暖雲主導型、對流冷雲主導型和混合暖雲型)降水個例進行具體的雨滴譜特徵分析。綜合對比雨滴譜特徵後發現：在不同類型降水中,雨滴譜的峰值結構與降水強度大小有直接關係,發生頻率較高的眾數直徑為0.312mm、1.187mm和2.375mm,其中0.312mm大小的雨滴數量最多,1.187mm是出現頻次最高的含水量峰值直徑,2.375mm大小雨滴則通常對降水量的貢獻最大；各尺度雨滴數濃度及其比例決定了其降水量貢獻比；雨滴譜寬最大的為對流冷雲主導型降水,對流暖雲主導型降水和混合暖雲型降水次之,層狀雲降水最小；雨滴末速度和雨強大小成正相關等。

雨滴增長

閃 電放電對小水滴的 增長有較大的作用;作用的大小與小水 滴荷電狀況有密切 的關係。如果能用人工 的辦法使部分小水 滴帶有高電荷, 這有可能成為雷暴雲人工影響天氣的新手段。

對於雷電起始階段，人們的研究重點為多種水汽凝結物(如雨滴、冰晶等)表面的電暈現象，該現象被認為是雷電的起始階段，是雷電開始的第一步。水汽凝結物間的相互作用是雷電起始和生長階段的基本物理過程，它可導致雨滴的增長或破碎。帶有不同電荷的水滴在電場中相互作用被證實是有利於雷電開始及發展的微觀物理過程和基本物理條件。