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§2.5降水P66－74§2.5降水(precipitation)大气中的水汽以液态或固态的形式到达地面，称为降水。其主要形式有降雨和降雪，以及雹、露、霜等。降水是水循环过程的最基本环节，又是水量平衡方程中的基本参数。从闭合流域多年平均水量平衡方程P＝R＋E可知，降水是地表径流的本源，亦是地下水的主要补给来源。降水在空间分布上的不均匀与时间变化上的不稳定性又是引起洪、涝、旱灾的直接原因。所以在水文学水资源的研究与实际工作中，十分重视降水的分析与计算。降水成因大气中的水分是从海洋河流、湖泊、河流等各种水体及土壤、植物蒸发而来的。在一定温度条件下，大气中水汽含量有一最大值，空气中最大的水汽含量称为饱和湿度。饱和湿度与气温成正比，气温越低，饱和湿度――即空气中可容纳的水汽量越少。当空气中的水汽含量超过饱和湿度时，空气中的水汽开始凝结成水，如果这种凝结现象发生在地面，则形成霜和露；如果发生在高空则形成云，随着云层中的水珠、冰晶含量不断增加，当上升的气流的悬浮力不能再抵消水珠、冰晶的重量时，云层中的水珠、冰晶在重力作用下降到地面形成降水。一、降水要素（一）降水（总）量降水量是指在一定时间内降落在某一面积上的水量，一般用mm表示。常用的降水量有次降水量、日降水量、月降水量、年降水量、最大降水量、最小降水量等。次降水量是指一次降水开始到结束时所降的水量。日降水量是指一日中的降水量，月降水量是指一月中的降水总量、年降水量是一年中的降水总量。最大降水量是指一次、一日、或一月、或一年中降水的最大量。在各种水文资料中，降水量除特别注明外，均指降水深度。（二）降水历时与降水时间降水历时是指从降水开始到降水结束所经历的时间。一般以小时、分表示。降水时间是对应于某一降水量的时间长。一般为天、月等，如1日最大降水量，此时的一日即为降水时间，降水历时与降水时间最大的区别在于降水时间内，降水并不一定连续。（三）降水强度简称雨强，指单位时间内的降水量，以毫米/分或毫米/时计。在实际工作中常根据雨强进行分级，常用分级标准如表2-8所示。等级12h降水量24h降水量小雨0.1－5.0＜10中雨5－1510－25大雨15－3025－50暴雨30－7050－100大暴雨70－140100－200特大暴雨＞140＞200（四）降水面积：即降水所笼罩的面积，以平方公里计。二、降水的类型从不同的角度，降水有多种类型。（一）按降水性质分：连续性降水、阵性性降水、毛毛状降水Ⅰ、连续性降水（绵雨）——指从雨层云或高层云中的降水，具有持续时间较长、强度变化小、降水面积较大特点。Ⅱ、阵性降水（阵雨）——从积雨云和浓积云中的降水，具有持续时间短、强度变化大、降水范围小、分布不均特点，有明显的阵性。中低纬地区夏季最为常见。Ⅲ、毛毛状降水（毛毛雨）——从层云或层积云中降下的雨、雪。具有降水强度很小、落在水面无波纹、落在地面无湿斑。（二）按降水强度分：小雨、中雨、大雨、暴雨、特大暴雨；小雪、中雪、大雪（如下表，单位：mm）等级12h降水量24h降水量1h降水量雪：mm/日小雨0.1－5.0＜10＜2.5小雪：＜2.5中雨5－1510－252.5－8中雪：2.5－5大雨15－3025－508－16大雪：＞5暴雨30－7050－100＞16大暴雨70－140100－200特大暴雨＞140＞200（三）按降水成因分：气旋雨、对流雨、地形雨、台风雨1、气旋雨：气旋就是低气压，低气压过境形成的降雨为气旋雨。气旋雨分为非锋面雨和锋面雨两种，非锋面雨是由于低气压中心气流上升形成的降水。锋面雨有冷锋雨、暖锋雨和静止锋雨三种。冷锋雨是冷气团向暖气团推进时，暖气团迅速爬升，爬升过程中暖空气冷却后在冷暖空气团的交界面―――锋面上形成巨大的积雨云。冷锋雨的降雨强度大，历时较短，降雨笼罩面积较小。冷锋雨在锋面的后面。暖锋雨是当暖气团向冷气团移动时，暖气团缓慢在锋面上爬升，逐渐冷却后形成降雨，暖锋雨出现在地面锋线的前面，降水强度小，历时长，降雨笼罩面积大。我国大部分地区锋面雨占全年降水的60％以上，是降水的主要形式之一。2、对流雨对流雨：是由于冷暖空气上下对流形成的降雨。在夏季暖湿空气笼罩在一个地区时，由于地面局部地区受热，下层热空气膨胀上升，上层冷空气下降，形成对流。上升的空气冷却后形成降雨，这种降雨常出现在酷热的夏季午后。特点是降雨强度大、历时短、降水笼罩面积小，常伴有雷电。3、地形雨地形雨：指暖湿气流受地形抬升而形成的降雨。地形雨多在迎风坡的山坡上，背风坡则雨量很少。4、台风雨：当台风（热带风暴）登陆后，将大量的湿热空气带到大陆，造成狂风暴雨。台风雨的特点是强度大、雨量大，很容易造成大的洪水灾害。（四）按降雨量和降雨过程特征分类：暴雨、暴雨型霪雨、霪雨三种1、暴雨：主要是对流作用形成，其特征是：历时短、强度大、笼罩面积不大。按气象方面有关规定：24小时降水量超过50mm或12小时降水量超过30mm或1小时降水量超过16mm的降雨称为暴雨。其中24小时降水超过100mm为大暴雨，超过200mm为特大暴雨。2、暴雨型霪雨由冷暖气团间的锋面交绥或暖湿气团的上升所致。其特点是历时较长，往往长达几个昼夜，降雨强度变化剧烈，平均强度较大，个别时段降雨强度可能很大。这种类型降雨常造成灾害性的洪水。3、霪雨通常也是由锋面产生的。其特点是：历时很长，但强度很小，降雨期间可能断断续续，空气中湿度较大，此种雨型笼罩面积常常很大。对研究雨洪径流形成过程而言，最重要的是暴雨型霪雨。而历时短、强度大的暴雨因笼罩面积小，主要对小流域有意义。霪雨因历时长、强度小、面积大，主要对大流域有意义。三、降水特征的表示方法P66－68为了充分反映降水的空间分布与时间变化规律，常用降水过程线、降水累积曲线、等降水量线以及降水特性综合曲线表示降水的特性。（一）降水过程线降水过程线：指以时间为横坐标，降水量为纵坐标绘制成的降水量随时间的变化曲线。可用降水量柱状图或曲线图表示。根据每日降水量可绘制逐日降水量过程线，根据每月降水量可绘制逐月降水量过程线，根据历年降水量可绘制逐年降水量过程线。逐日降水量过程线大都不连续，因为在一月内或一年中不是每日都有降水。常用逐时降水量过程线（雨强过程线）反映暴雨过程。（二）降水累积曲线以时间为横坐标，纵坐标表示自降水开始到各时刻降水量的累积值，如图2－13所示。自记雨量计记录纸上的曲线，即是降水量累积曲线。降水量累积曲线上每个时段的平均坡度是各时段内的平均降水强度，即i=ΔP/Δt（2-51）如果所取时段很短，即Δt→0，则可得出瞬时雨强i，即i=dP/dt。即累积曲线上任一点的斜率就是该时刻的降水强度。如果将相邻雨量站的同一次降水的累积曲线绘在一起，可用来分析降水的空间分布与时程的变化特征。（三）等降水量线又称等雨量线在一个较大的区域内，常用等降水量线表现区域内降水的分布情况。所谓等降水量线是区域内降水量相等地各点连成的曲线，它反映区域内降水的分布变化规律，在等降水量线图上可以查出各地的降水量和降水面积，但无法确定降水历时和降水强度。（四）降水特性综合曲线降水特性综合曲线是反映降水特性的一些曲线，常用的有降水强度历时曲线、平均雨深面积曲线、雨深面积历时曲线三种。1、降水强度-历时关系曲线雨强历时：指一场降水过程中，降雨强度大于或等于某一强度值的时段长。曲线绘制方法是根据一场降水的记录，统计其不同历时内最大的平均雨强，而后以雨强为纵坐标，历时为横坐标点绘而成，如图2-14所示。由图可知，同一场降雨过程中雨强与历时之间成反比关系，即历时愈短，雨强愈高。此曲线可用下面经验公式表示，it=s/tn（2-52）式中，t为降水历时（小时）；s为暴雨参数又称雨力，相当于历时t=1小时的雨强；n为暴雨衰减指数，一般为0.5—0.7；it为相应历时t的降水平均强度（毫米/小时）。2、平均深度-面积曲线这是反映同一场降水过程中，雨深与面积之间对应关系的曲线，一般规律是面积越大，平均雨深越小。曲线的绘制方法是，从等雨量线中心起，分别量取不同等雨量线所包围的面积及此面积内的平均雨深，点绘而成。如图2-15。3、雨深-面积-历时曲线曲线绘制方法是，对一场降水，分别选取不同历时（例如，1日，2日，…）的等雨量线，以雨深、面积为参数作出平均雨深-面积曲线并综合点绘于同一图上，如图2-16所示。其一般规律是，面积一定时，历时越长，平均雨深越大；历时一定时，则面积越大，平均雨深越小。四、区域平均降水量的计算通常，雨量站所观测的降水记录，只代表该地小范围的降水情况，称点降水量。实际工作中常需要大面积以至全区域的降水量值，即面降水量值（区域平均降水量）。常用的区域平均降水量的计算方法主要有：算术平均法、加权平均法、泰森多边形法、等雨量线法等。在面积较大的流域，最好用泰森多边形法，计算流域的平均降水量；小流域常用加权平均法；在平地上可用算术平均法和等雨量线法。1.算术平均法（均值法）此法是以所研究的区域内各雨量站同时期的降水量相加，再除以站数（n）后得出的算术平均值作为该区域的平均降水量（P），即：P＝（p1＋p2……＋pn）/n式中p1,p2,…，pn——为各测站点同期降水量（mm）P——流域平均降水量（mm）n——测站数对于地形起伏不大，降水分布均匀，测站布设合理或较多的情况下，算术平均法计算简单、而且也能获得满意的结果。2.加权平均法在对流域基本情况如面积、地类、坡度、坡向、海拔等进行勘察基础上，选择有代表性的地点作为降水观测点，每个测点都代表一定面积的区域，把每个测点控制的面积作为各测点降水量的权重，按下列公式计算区域平均降水量：P＝a1p1/A+a2p2/A.....+anpn/A式中P——区域平均降水量（mm）A——区域面积（hm2或km2）a1,a2，....，an——每个测点控制的面积（hm2或km2），且A＝a1+a2+…+an。p1,p2....pn——每个测点观测的降水量3、泰森多边形法（又叫垂直平分法）其步骤如下：①连结各测站，构成三角网。在雨量站分布图上，将区域内及其区域附近的雨量站用直线两两相连，构成许多三角形（包括邻近流域的测站），形成三角形网。②然后对每个三角形各边作垂直平分线，这些垂直平分线将区域分成以各测站为核心的若干个多边形。③以各个测站对应的多边形在研究区域内的面积作权数，乘以雨量站的降雨量，然后取其平均值即为区域平均降水量。假定每个雨量站的控制面积即为此多边形面积（区域边界内）。则区域平均降水量可按面积加权法求得：式中，f1，f2，…，fn为各测站控制面积，即区域边界内各多边形面积（km2）；f为研究区域面积；P为区域平均降水量；p1,p2....pn——为各观测站同期降水量（mm）。将上式改为：P=w1p1+w2p2+....+wnpn式中w＝fi/f，是各观测站控制面积与区域总面积的比值，又称各观测站的权重系数。如果流域内的观测点分布不均匀，且有的站偏于一角，站网稳定不变，该方法使用方便，精度较高，并能用计算机迅速运算。不足：此法假设测站间的降水是线性变化，因此没有考虑地形对降水的影响，把各雨量站所控制的面积在不同的降水过程中都视作固定不变，这与实际降水情况不符。如果某一测站出现漏测时，则必须重新计算各测站的权重系数，才能计算出全流域的平均降水量。4、等雨量线法一般说来，等雨量线是计算区域平均雨量最完善的方法。它的优点是考虑了地形变化对降水的影响，因此对于地形变化较大（一般是大流域）、流域内又有足够数量的降水观测站，能够根据降水资料结合地形变化绘制出等雨量线图，则应采用本方法。其步骤是：（1）绘制降雨量等值线图；（2）用求积仪或其他方法测算出相邻等雨量线间的面积fi，用fi除以区域总面积得出各相邻等雨量线间面积的权重；（3）以各相邻等雨量线间的雨深平均值乘以相应的面积权重即得权雨量；（4）将各相邻等雨量间面积上权雨量相加即为区域平均雨量。计算公式如下：