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(shí)間尺度從幾十分鐘到十幾小時(shí)，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(qiáng)度主要與6個(gè)條件有密切的關(guān)系：（1）水汽分布和供應(yīng)；（2）上升運(yùn)動(dòng)；（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(jì)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(qiáng)，每小時(shí)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(duì)于持久性的暴雨，要求水汽有源源不斷的輸送，以補(bǔ)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(jī)制能在較短時(shí)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(yùn)動(dòng)
降水是發(fā)生在空氣的上升運(yùn)動(dòng)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(duì)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(yùn)動(dòng)不能引起暴雨，事實(shí)上也很少觀測(cè)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(gè)量級(jí)，達(dá)到101cm/s。由這種上升運(yùn)動(dòng)引起的降水量大約101mm/h，達(dá)到了暴雨的強(qiáng)度。對(duì)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(qiáng)度約102mm/h，達(dá)到了大暴雨的量級(jí)。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(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)為中小尺度上升運(yùn)動(dòng)的形成和增強(qiáng)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(yùn)動(dòng)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(duì)流性暴雨是一種熱對(duì)流現(xiàn)象。大氣中有兩種類型的對(duì)流：垂直對(duì)流和傾斜對(duì)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(tuán)、強(qiáng)風(fēng)暴單體、中尺度對(duì)流復(fù)合體（MCC）、中尺度對(duì)流系統(tǒng)（MCS）等，后者主要形成與鋒區(qū)有關(guān)的對(duì)流雨帶。垂直對(duì)流和傾斜對(duì)流在物理?xiàng)l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(dòng)力不穩(wěn)定條件。

（4）風(fēng)的垂直切變
風(fēng)垂直切變對(duì)局地強(qiáng)風(fēng)暴有比較重要的影響，由于強(qiáng)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(qiáng)，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(qiáng)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(zhǎng)，由于積云雨上部的水汽減少，過冷水滴將蒸發(fā)以補(bǔ)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(zhǎng)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(zhǎng)，最后下落到地面成為強(qiáng)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(zhǎng)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(cè)到，在梅雨期，臺(tái)風(fēng)季也經(jīng)?？梢杂^測(cè)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(guó)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(guó)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(shí)，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(duì)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。