Opad atmosferyczny
W meteorologii opady to każdy produkt kondensacji atmosferycznej pary wodnej , która spada z chmur w wyniku przyciągania grawitacyjnego. Główne formy opadów to mżawka , deszcz , deszcz ze śniegiem , śnieg , grudki lodu , graupel i grad . Opady występują, gdy część atmosfery zostaje nasycona parą wodną (osiągając 100% wilgotności względnej ), tak że woda skrapla się i „wytrąca” lub opada. Tak więc mgła i mgła nie są opadami atmosferycznymi, ale koloidami , ponieważ para wodna nie skrapla się wystarczająco, aby wytrącić się. Dwa procesy, prawdopodobnie działające razem, mogą prowadzić do nasycenia powietrza: ochłodzenie powietrza lub dodanie pary wodnej do powietrza. Opady powstają, gdy mniejsze kropelki łączą się w wyniku zderzenia z innymi kroplami deszczu lub kryształkami lodu w chmurze. Krótkie, intensywne okresy deszczu w rozproszonych miejscach nazywane są ulewami .
Wilgoć, która jest unoszona lub w inny sposób zmuszana do wznoszenia się nad warstwą powietrza poniżej zera na powierzchni, może skraplać się w chmury i deszcz. Proces ten jest zwykle aktywny, gdy pojawia się marznący deszcz. Stacjonarny front jest często obecny w pobliżu obszaru marznącego deszczu i służy jako ognisko dla wypychania i unoszenia się powietrza. Pod warunkiem, że zawartość wilgoci w powietrzu jest niezbędna i wystarczająca, wilgoć we wznoszącym się powietrzu skondensuje się w chmury, a mianowicie nimbostratus i cumulonimbus jeśli wystąpią znaczne opady. W końcu kropelki chmur urosną na tyle duże, że utworzą krople deszczu i opadną w kierunku Ziemi, gdzie zamarzną w kontakcie z odsłoniętymi obiektami. Tam, gdzie występują stosunkowo ciepłe zbiorniki wodne, na przykład z powodu parowania wody z jezior, opady śniegu z efektem jeziora stają się problemem z wiatrem od ciepłych jezior w zimnym przepływie cyklonowym wokół tylnej części pozatropikalnych cyklonów . Opady śniegu z efektem jeziora mogą być lokalnie obfite. Śnieg burzowy jest możliwy w głowie przecinka cyklonu oraz w pasmach opadów z efektem jeziora. Na obszarach górskich możliwe są obfite opady tam, gdzie przepływ w górę zbocza jest maksymalizowany po nawietrznych stronach terenu na wysokości. Po zawietrznej stronie gór może istnieć klimat pustynny z powodu suchego powietrza spowodowanego ogrzewaniem kompresyjnym. Większość opadów występuje w tropikach i jest spowodowana konwekcją . Ruch rynny monsunowej lub międzytropikalnej strefy konwergencji powoduje pory deszczowe w regionach sawanny .
Opady są głównym składnikiem obiegu wody i są odpowiedzialne za osadzanie się słodkiej wody na planecie. Około 505 000 kilometrów sześciennych (121 000 cu mil) wody spada w postaci opadów każdego roku: 398 000 kilometrów sześciennych (95 000 cu mil) nad oceanami i 107 000 kilometrów sześciennych (26 000 cu mil) nad lądem. Biorąc pod uwagę powierzchnię Ziemi, oznacza to, że globalne średnie roczne opady wynoszą 990 milimetrów (39 cali), ale na lądzie to tylko 715 milimetrów (28,1 cala). Systemy klasyfikacji klimatu, takie jak klasyfikacja klimatu Köppena system wykorzystuje średnie roczne opady, aby pomóc rozróżnić różne reżimy klimatyczne. Globalne ocieplenie już powoduje zmiany pogody, zwiększając opady w niektórych regionach geograficznych i zmniejszając je w innych, co skutkuje dodatkowymi ekstremalnymi zjawiskami pogodowymi .
Opady mogą wystąpić na innych ciałach niebieskich. Na największym satelicie Saturna , Tytanie , występuje wytrącanie metanu w postaci wolno opadającej mżawki , którą zaobserwowano w postaci kałuż deszczu na równiku iw regionach polarnych.
| Część serii o |
| pogodzie |
|---|
 |
 Portal pogodowy
|
typy
Opady są głównym składnikiem obiegu wody i są odpowiedzialne za osadzanie większości słodkiej wody na planecie. Około 505 000 km 3 (121 000 mil 3 ) wody spada w postaci opadów każdego roku, z czego 398 000 km 3 (95 000 mil sześciennych) trafia do oceanów. Biorąc pod uwagę powierzchnię Ziemi, oznacza to, że globalnie uśrednione roczne opady wynoszą 990 milimetrów (39 cali).
Mechanizmy powstawania opadów obejmują opady konwekcyjne, warstwowe i orograficzne . Procesy konwekcyjne obejmują silne ruchy pionowe, które mogą spowodować wywrócenie atmosfery w tym miejscu w ciągu godziny i spowodować obfite opady, podczas gdy procesy warstwowe obejmują słabsze ruchy w górę i mniej intensywne opady. Opady można podzielić na trzy kategorie, w zależności od tego, czy występują jako woda w stanie ciekłym, woda w stanie ciekłym, która zamarza w kontakcie z powierzchnią, czy też lód. Mieszanki różnych rodzajów opadów, w tym rodzajów należących do różnych kategorii, mogą padać jednocześnie. Płynne formy opadów obejmują deszcz i mżawkę. Deszcz lub mżawka, która zamarza w kontakcie w temperaturze poniżej zera masa powietrza nazywana jest „marznącym deszczem” lub „marznącą mżawką”. Zamarznięte formy opadów obejmują śnieg, igły lodu , granulki lodu , grad i graupel .
Pomiar
- Opady płynne Opady deszczu
- ( w tym mżawka i deszcz) są zwykle mierzone za pomocą deszczomierza i wyrażane w milimetrach ( mm) wysokości lub głębokości . Równoważnie można to wyrazić jako wielkość fizyczną o wymiarze objętości wody przypadającej na powierzchnię zbiorczą, w jednostkach litrów na metr kwadratowy (L/m 2 ); jako 1L=1dm 3 =1mm·m 2 , jednostki powierzchni (m 2 ) anuluj , co daje po prostu „mm”. Odpowiada to również gęstości powierzchniowej wyrażonej w kg/m2 , przy założeniu, że 1 litr wody ma masę 1 kg ( gęstość wody ), co jest dopuszczalne w większości praktycznych zastosowań. Odpowiednią używaną jednostką angielską są zwykle cale . W Australii przed pomiarem opady mierzono w „punktach”, które określano jako setne części cala. [ potrzebne źródło ]
- Opady stałe
- Miernik śniegu jest zwykle używany do pomiaru ilości opadów stałych. Opady śniegu są zwykle mierzone w centymetrach, wpuszczając śnieg do pojemnika, a następnie mierząc wysokość. Śnieg można następnie opcjonalnie stopić w celu uzyskania równoważnika wody pomiar w milimetrach jak dla opadów płynnych. Zależność między wysokością śniegu a ekwiwalentem wody zależy od zawartości wody w śniegu; ekwiwalent wody może zatem zapewnić jedynie przybliżone oszacowanie głębokości śniegu. Inne formy opadów stałych, takie jak śnieg i grad, a nawet deszcz ze śniegiem (mieszanka deszczu ze śniegiem), również można stopić i zmierzyć jako równoważnik wody, zwykle wyrażany w milimetrach, jak w przypadku opadów płynnych. [ potrzebne źródło ]
Jak powietrze staje się nasycone
Chłodzenie powietrza do punktu rosy
Punkt rosy to temperatura, do której porcja powietrza musi zostać schłodzona, aby została nasycona i (o ile nie nastąpi przesycenie) skrapla się do postaci wody. Para wodna zwykle zaczyna się skraplać na jądrach kondensacji , takich jak kurz, lód i sól, tworząc chmury. Koncentracja jąder kondensacji chmur będzie determinować mikrofizykę chmur. Podniesiona część strefy czołowej wymusza szerokie obszary podnoszenia, które tworzą pokłady chmur, takie jak altostratus lub cirrostratus . Stratus to stabilny pokład chmur, który ma tendencję do tworzenia się, gdy chłodna, stabilna masa powietrza jest uwięziona pod ciepłą masą powietrza. Może również powstawać w wyniku podnoszenia się mgły adwekcyjnej podczas wietrznych warunków.
Istnieją cztery główne mechanizmy schładzania powietrza do punktu rosy: chłodzenie adiabatyczne, chłodzenie przewodzące, chłodzenie radiacyjne i chłodzenie wyparne. Chłodzenie adiabatyczne występuje, gdy powietrze unosi się i rozszerza. Powietrze może unosić się w wyniku konwekcji , ruchów atmosferycznych na dużą skalę lub fizycznej bariery, takiej jak góra ( winda orograficzna ). Chłodzenie przewodzące ma miejsce, gdy powietrze styka się z zimniejszą powierzchnią, zwykle poprzez przedmuchiwanie z jednej powierzchni na drugą, na przykład z powierzchni wody w stanie ciekłym na zimniejszy ląd. Chłodzenie radiacyjne następuje w wyniku emisji promieniowanie podczerwone , albo przez powietrze, albo przez powierzchnię pod spodem. Chłodzenie wyparne występuje, gdy wilgoć jest dodawana do powietrza poprzez parowanie, co powoduje obniżenie temperatury powietrza do temperatury termometru mokrego lub do momentu osiągnięcia nasycenia.
Dodawanie wilgoci do powietrza
Główne sposoby dodawania pary wodnej do powietrza to: konwergencja wiatru w obszary ruchu wznoszącego się, opady atmosferyczne lub virga spadające z góry, ogrzewanie w ciągu dnia odparowujące wodę z powierzchni oceanów, zbiorników wodnych lub terenów podmokłych, transpiracja roślin, chłodna lub sucha powietrze poruszające się nad cieplejszą wodą i unoszące powietrze nad górami.
Formy opadów
krople deszczu
Koalescencja występuje, gdy kropelki wody łączą się, tworząc większe kropelki wody, lub gdy kropelki wody zamarzają na kryształku lodu, co jest znane jako proces Bergerona . Szybkość opadania bardzo małych kropelek jest znikoma, stąd chmury nie spadają z nieba; opady wystąpią tylko wtedy, gdy połączą się w większe krople. kropelki o różnej wielkości będą miały różną prędkość końcową, która powoduje kolizję kropelek i wytwarzanie większych kropelek, turbulencja wzmocni proces kolizji. Gdy te większe kropelki wody opadają, koalescencja trwa, tak że krople stają się wystarczająco ciężkie, aby pokonać opór powietrza i spadać w postaci deszczu.
Krople deszczu mają średnicę od 5,1 milimetra (0,20 cala) do 20 milimetrów (0,79 cala), powyżej której mają tendencję do rozpadania się. Mniejsze krople nazywane są kropelkami chmur, a ich kształt jest kulisty. Gdy kropla deszczu powiększa się, jej kształt staje się bardziej spłaszczony , z największym przekrojem skierowanym w kierunku nadciągającego strumienia powietrza. W przeciwieństwie do kreskówkowych obrazków przedstawiających krople deszczu, ich kształt nie przypomina kropli. Intensywność i czas trwania opadów są zwykle odwrotnie proporcjonalne, tj. burze o dużej intensywności mogą trwać krótko, a burze o małej intensywności mogą trwać długo. Krople deszczu związane z topniejącym gradem są zwykle większe niż inne krople deszczu. Kod METAR dla deszczu to RA, podczas gdy ulewy to SHRA.
Granulki lodu
Granulki lodu lub deszcz ze śniegiem to forma opadów składająca się z małych, półprzezroczystych kulek lodu. Granulki lodu są zwykle (ale nie zawsze) mniejsze niż grad. Często odbijają się, gdy uderzają o ziemię, i generalnie nie zamarzają w stałą masę, chyba że zmieszają się z marznącym deszczem . Kod METAR dla granulek lodu to PL .
Grudki lodu tworzą się, gdy występuje warstwa powietrza powyżej zera z powietrzem poniżej zera zarówno powyżej, jak i poniżej. Powoduje to częściowe lub całkowite stopienie wszelkich płatków śniegu spadających przez ciepłą warstwę. Gdy opadają z powrotem do warstwy poniżej zamarzania bliżej powierzchni, ponownie zamarzają w grudki lodu. Jeśli jednak warstwa przemarzania pod warstwą ciepłą jest zbyt mała, opady nie będą miały czasu na ponowne zamarznięcie, a na powierzchni pojawią się marznące opady deszczu. Profil temperatury przedstawiający ciepłą warstwę nad ziemią najprawdopodobniej można znaleźć przed frontem ciepłym w zimnych porach roku, ale czasami można go znaleźć za przechodzącym zimny front .
Grad
Podobnie jak inne opady, grad tworzy się w chmurach burzowych, gdy przechłodzone kropelki wody zamarzają w kontakcie z jądrami kondensacji , takimi jak kurz lub brud. Prąd wstępujący burzy przenosi grad w górną część chmury. Prąd wstępujący rozprasza się, a grad spada z powrotem do prądu wstępnego i jest ponownie podnoszony. Grad ma średnicę 5 milimetrów (0,20 cala) lub więcej. W kodzie METAR GR jest używany do wskazania większego gradu, o średnicy co najmniej 6,4 milimetra (0,25 cala). GR pochodzi od francuskiego słowa grêle. Mniejszy grad, podobnie jak śnieg, wykorzystuje kodowanie GS, które jest skrótem od francuskiego słowa grésil. Kamienie nieco większe niż rozmiar piłeczki golfowej są jednymi z najczęściej zgłaszanych rozmiarów gradu. Grad może urosnąć do 15 centymetrów (6 cali) i ważyć ponad 500 gramów (1 funt). W dużych gradach, utajone ciepło uwalniane przez dalsze zamrażanie może stopić zewnętrzną powłokę gradu. Grad może następnie ulec „mokremu wzrostowi”, w którym płynna powłoka zewnętrzna zbiera inne mniejsze gradobicia. Grad zyskuje warstwę lodu i staje się coraz większy z każdym wejściem. Kiedy grad staje się zbyt ciężki, aby utrzymać go prąd wstępujący burzy, spada z chmury.
Płatki śniegu
Kryształy śniegu tworzą się, gdy małe, przechłodzone kropelki chmur (o średnicy około 10 μm) zamarzają. Po zamrożeniu kropla rośnie w przesyconym środowisku. Ponieważ kropelek wody jest więcej niż kryształków lodu, kryształy mogą urosnąć do setek mikrometrów kosztem kropelek wody. Proces ten jest znany jako proces Wegenera – Bergerona – Findeisena . Odpowiednie ubytek pary wodnej powoduje odparowanie kropelek, co oznacza, że kryształki lodu rosną kosztem kropelek. Te duże kryształy są skutecznym źródłem opadów, ponieważ spadają przez atmosferę ze względu na swoją masę i mogą zderzać się i sklejać w klastry lub agregaty. Te agregaty to płatki śniegu i zwykle są to cząsteczki lodu, które spadają na ziemię. Rekordy Guinnessa wymieniają największe na świecie płatki śniegu, takie jak te ze stycznia 1887 roku w Fort Keogh w Montanie; rzekomo jeden mierzył 38 cm (15 cali) szerokości. Dokładne szczegóły mechanizmu przyklejania pozostają przedmiotem badań.
Chociaż lód jest przezroczysty, rozpraszanie światła przez kryształowe fasetki i wgłębienia/niedoskonałości oznacza, że kryształy często wydają się białe z powodu rozproszonego odbicia całego spektrum światła przez małe cząsteczki lodu. Kształt płatka śniegu zależy zasadniczo od temperatury i wilgotności, w których się tworzy. Rzadko, w temperaturze około -2 ° C (28 ° F), płatki śniegu mogą tworzyć potrójną symetrię - trójkątne płatki śniegu. Najczęstsze cząsteczki śniegu są wyraźnie nieregularne, chociaż prawie idealne płatki śniegu mogą być częściej spotykane na zdjęciach, ponieważ są bardziej atrakcyjne wizualnie. Nie ma dwóch takich samych płatków śniegu, ponieważ rosną w różnym tempie i według różnych wzorów w zależności od zmieniającej się temperatury i wilgotności w atmosferze, przez którą spadają na ziemię. Kod METAR dla śniegu to SN, podczas gdy przelotne opady śniegu to SHSN.
pył diamentowy
Diamentowy pył, znany również jako lodowe igły lub kryształki lodu, tworzy się w temperaturach bliskich -40 ° C (-40 ° F) z powodu powietrza o nieco większej wilgotności z powietrza mieszającego się z zimniejszym powietrzem powierzchniowym. Wykonane są z prostych kryształków lodu o sześciokątnym kształcie. Identyfikatorem METAR pyłu diamentowego w międzynarodowych godzinowych komunikatach pogodowych jest IC.
Depozyt okultystyczny
Depozycja okultystyczna występuje, gdy mgła lub powietrze, które jest silnie nasycone parą wodną, oddziałuje z liśćmi drzew lub krzewów, nad którymi przechodzi.
Powoduje
Aktywność czołowa
Opady warstwowe lub dynamiczne powstają w wyniku powolnego wznoszenia się powietrza w układach synoptycznych (rzędu cm/s), np. nad powierzchnią zimnych frontów oraz nad i przed ciepłymi frontami . Podobne wznoszenie obserwuje się wokół cyklonów tropikalnych poza ścianą oka oraz we wzorcach opadów z przecinkami wokół cyklonów na średnich szerokościach geograficznych . Wzdłuż przesłoniętego frontu występuje bardzo zróżnicowana pogoda, z możliwymi burzami, ale zwykle ich przejście wiąże się z wysychaniem mas powietrza. Fronty zokludowane zwykle tworzą się wokół dojrzałych obszarów niskiego ciśnienia. Opady mogą wystąpić na ciałach niebieskich innych niż Ziemia. Kiedy robi się zimno, Na Marsie występują opady, które najprawdopodobniej przybierają postać lodowych igieł, a nie deszczu lub śniegu.
Konwekcja
Deszcz konwekcyjny lub ulewny deszcz powstaje z chmur konwekcyjnych, np. cumulonimbus lub cumulus congestus . Pada w postaci ulewy o szybko zmieniającej się intensywności. Opady konwekcyjne spadają na określony obszar przez stosunkowo krótki czas, ponieważ chmury konwekcyjne mają ograniczony zasięg poziomy. większość opadów w tropikach ma charakter konwekcyjny; sugerowano jednak, że występują również opady warstwowe. Graupel i grad wskazują na konwekcję. Na średnich szerokościach geograficznych opady konwekcyjne są przerywane i często związane z granicami baroklinowymi, takimi jak fronty zimne , linie szkwałów i fronty ciepłe. Opady konwekcyjne składają się głównie z mezoskalowych systemów konwekcyjnych i powodują ulewne deszcze z burzami, uszkodzeniami powodowanymi przez wiatr i innymi formami gwałtownych zjawisk pogodowych.
Efekty orograficzne
Opady orograficzne występują po nawietrznej (pod wiatr) stronie gór i są spowodowane wznoszącym się ruchem powietrza na dużą skalę przepływem wilgotnego powietrza przez grzbiet górski, co powoduje adiabatyczne chłodzenie i kondensację. W górzystych częściach świata, narażonych na stosunkowo stałe wiatry (na przykład pasaty ) , bardziej wilgotny klimat panuje zwykle po nawietrznej stronie góry niż po zawietrznej lub zawietrznej. Wilgoć jest usuwana przez windę orograficzną, pozostawiając bardziej suche powietrze (patrz wiatr katabatyczny ) po opadającej i ogólnie ocieplającej się, zawietrznej stronie, gdzie cień deszczu jest obserwowany.
Na Hawajach góra Wai'ale'ale na wyspie Kauai wyróżnia się ekstremalnymi opadami deszczu, ponieważ ma drugie co do wielkości średnie roczne opady na Ziemi, wynoszące 12 000 milimetrów (460 cali) . Systemy burzowe wpływają na stan z ulewnymi deszczami w okresie od października do marca. Lokalne klimaty różnią się znacznie na każdej wyspie ze względu na ich topografię, dzieląc się na regiony nawietrzne ( Koʻolau ) i zawietrzne ( Kona ) w zależności od położenia względem wyższych gór. Strony nawietrzne są skierowane na pasaty ze wschodu na północny wschód i otrzymują znacznie więcej opadów; strony zawietrzne są bardziej suche i słoneczne, z mniejszymi opadami deszczu i mniejszym zachmurzeniem.
W Ameryce Południowej pasmo górskie Andów blokuje wilgoć z Pacyfiku, która dociera na ten kontynent, co powoduje, że w zachodniej Argentynie panuje klimat przypominający pustynię. Pasmo Sierra Nevada tworzy ten sam efekt w Ameryce Północnej, tworząc Wielki Basen i Pustynie Mojave . Podobnie w Azji Himalaje stanowią przeszkodę dla monsunów, co prowadzi do ekstremalnie wysokich opadów po stronie południowej i niższych po stronie północnej.
Śnieg
Cyklony pozatropikalne mogą przynieść zimne i niebezpieczne warunki z ulewnymi deszczami i śniegiem z wiatrem przekraczającym 119 km / h (74 mil / h) (czasami określane jako wichury w Europie). Pasmo opadów, które jest związane z ich frontem ciepłym , jest często rozległe, wymuszone przez słaby pionowy ruch powietrza w górę nad granicą frontu, które skrapla się podczas ochładzania i wytwarza opady w obrębie wydłużonego pasma, które jest szerokie i warstwowe , co oznacza wypadanie z nimbostratus chmury. Kiedy wilgotne powietrze próbuje usunąć arktyczną masę powietrza, na biegunowej stronie wydłużonego pasma opadów może pojawić się zasypujący śnieg . Na półkuli północnej biegun jest skierowany w stronę bieguna północnego lub północy. Na półkuli południowej biegun jest skierowany w stronę bieguna południowego lub południa.
Na południowy zachód od cyklonów pozatropikalnych zakrzywiony przepływ cyklonowy przenoszący zimne powietrze przez stosunkowo ciepłe zbiorniki wodne może prowadzić do wąskich pasm śniegu przypominających jezioro . Pasma te przynoszą silne lokalne opady śniegu, które można rozumieć w następujący sposób: Duże zbiorniki wodne, takie jak jeziora, skutecznie magazynują ciepło, co powoduje znaczne różnice temperatur (większe niż 13 ° C lub 23 ° F) między powierzchnią wody a powietrzem nad nią. Z powodu tej różnicy temperatur ciepło i wilgoć są transportowane w górę, skraplając się w pionowo zorientowane chmury (patrz zdjęcie satelitarne), które powodują opady śniegu. Na spadek temperatury wraz z wysokością i głębokością chmur bezpośredni wpływ ma zarówno temperatura wody, jak i środowisko na dużą skalę. Im silniejszy spadek temperatury wraz z wysokością, tym głębsze stają się chmury i tym większe stają się opady.
Na obszarach górskich obfite opady śniegu gromadzą się, gdy powietrze jest zmuszane do wznoszenia się w góry i wyciskania opadów wzdłuż ich nawietrznych zboczy, które w zimnych warunkach spadają w postaci śniegu. Ze względu na nierówność terenu prognozowanie lokalizacji obfitych opadów śniegu pozostaje poważnym wyzwaniem.
W obrębie tropików
Pora deszczowa lub deszczowa to pora roku, obejmująca jeden lub więcej miesięcy, kiedy przypada większość średnich rocznych opadów w regionie. Termin zielony sezon jest również czasami używany przez władze turystyczne jako eufemizm. Obszary z porami deszczowymi są rozproszone w częściach tropików i subtropików. Klimat sawanny i obszary z reżimami monsunowymi mają mokre lata i suche zimy. Tropikalne lasy deszczowe technicznie nie mają pór suchych ani mokrych, ponieważ ich opady są równomiernie rozłożone w ciągu roku. Na niektórych obszarach z wyraźnymi porami deszczowymi nastąpi przerwa w opadach w połowie sezonu, kiedy międzyzwrotnikowa strefa konwergencji lub rynna monsunowa przemieszczać się na biegun od swojego położenia w środku ciepłej pory roku. Kiedy pora deszczowa występuje w porze ciepłej lub latem, deszcz pada głównie późnym popołudniem i wczesnym wieczorem. Pora deszczowa to czas, w którym poprawia się jakość powietrza, poprawia się jakość słodkiej wody, a roślinność znacznie rośnie. Składniki odżywcze gleby zmniejszają się, a erozja wzrasta. Zwierzęta mają strategie adaptacji i przetrwania w bardziej wilgotnym reżimie. Poprzednia pora sucha prowadzi do niedoborów żywności w porze deszczowej, ponieważ uprawy jeszcze nie dojrzały. Kraje rozwijające się zauważyły, że ich populacje wykazują sezonowe wahania wagi z powodu niedoborów żywności obserwowanych przed pierwszymi zbiorami, które mają miejsce pod koniec pory deszczowej.
Cyklony tropikalne, źródło bardzo obfitych opadów, składają się z dużych mas powietrza o średnicy kilkuset mil z niskim ciśnieniem w środku i wiatrami wiejącymi do wewnątrz w kierunku centrum w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara (półkula południowa) lub przeciwnym do ruchu wskazówek zegara (półkula północna). Chociaż cyklony mogą zbierać ogromne żniwo w życiu i mieniu osobistym, mogą być ważnymi czynnikami w reżimach opadów w miejscach, na które wpływają, ponieważ mogą przynosić bardzo potrzebne opady w suchych regionach. Obszary na ich drodze mogą otrzymać roczne opady z przejścia cyklonu tropikalnego.
Dystrybucja geograficzna na dużą skalę
Na dużą skalę największe ilości opadów poza topografią występują w tropikach, ściśle związanych z międzytropikalną strefą konwergencji , która sama w sobie jest wznoszącą się gałęzią komórki Hadleya . Górzyste tereny w pobliżu równika w Kolumbii należą do najbardziej mokrych miejsc na Ziemi. Na północ i południe od tego są regiony opadającego powietrza, które tworzą subtropikalne grzbiety , gdzie opady są niskie; powierzchnia lądu pod tymi grzbietami jest zwykle sucha, a regiony te stanowią większość ziemskich pustyń. Wyjątkiem od tej reguły są Hawaje, gdzie wiatry wznoszą się w górę zbocza prowadzi do jednego z najbardziej mokrych miejsc na Ziemi. W przeciwnym razie przepływ Westerlies do Gór Skalistych prowadzi do najbardziej mokrych, a na wysokości najbardziej śnieżnych miejsc w Ameryce Północnej. W Azji w porze deszczowej napływ wilgotnego powietrza do Himalajów prowadzi do jednych z największych opadów deszczu mierzonych na Ziemi w północno-wschodnich Indiach.
Pomiar
Standardowym sposobem pomiaru opadów deszczu lub śniegu jest standardowy miernik deszczu, który można znaleźć w odmianach 100 mm (4 cale) z tworzywa sztucznego i 200 mm (8 cali) z metalu. Wewnętrzny cylinder jest wypełniony 25 mm (1 cal) deszczu, z przelewem wpływającym do zewnętrznego cylindra. Plastikowe wskaźniki mają oznaczenia na wewnętrznym cylindrze o rozdzielczości do 0,25 mm (0,01 cala), podczas gdy wskaźniki metalowe wymagają użycia drążka z odpowiednimi oznaczeniami 0,25 mm (0,01 cala). Po napełnieniu wewnętrznego cylindra ilość znajdująca się w środku jest odrzucana, a następnie napełniana pozostałymi opadami deszczu w zewnętrznym cylindrze, aż cały płyn w zewnętrznym cylindrze zniknie, dodając do całkowitej sumy, aż zewnętrzny cylinder będzie pusty. Wskaźniki te są używane zimą, usuwając lejek i cylinder wewnętrzny i umożliwiając gromadzenie się śniegu i marznącego deszczu wewnątrz cylindra zewnętrznego. Niektórzy dodają środek zapobiegający zamarzaniu do swojego wskaźnika, aby nie musieli topić śniegu lub lodu, które wpadają do wskaźnika. Po zakończeniu gromadzenia się opadów śniegu / lodu lub gdy zbliża się 300 mm (12 cali), można albo wnieść go do środka, aby się stopił, albo użyć letniej wody do napełnienia cylindra wewnętrznego w celu stopienia zamarzniętych opadów w cylindrze zewnętrznym , śledząc dodany ciepły płyn, który jest następnie odejmowany od całkowitej sumy po stopieniu całego lodu/śniegu.
Inne typy mierników obejmują popularny miernik klinowy (najtańszy deszczomierz i najbardziej delikatny), deszczomierz z przechylanym kubełkiem oraz deszczomierz z wagą . Mierniki klina i łyżki przechylnej mają problemy ze śniegiem. Próby kompensacji śniegu/lodu poprzez ogrzanie przechylanej łyżki kończą się ograniczonym sukcesem, ponieważ śnieg może sublimować, jeśli miernik jest utrzymywany znacznie powyżej zera. Wagi z płynem niezamarzającym powinny poradzić sobie ze śniegiem, ale znowu lejek należy usunąć przed rozpoczęciem imprezy. Dla tych, którzy chcą mierzyć opady jak najtaniej, cylindryczna puszka z prostymi bokami będzie działać jako miernik deszczu, jeśli zostanie pozostawiona na otwartej przestrzeni, ale jej dokładność będzie zależeć od tego, jakiej linijki użyje się do pomiaru deszczu. Każdy z powyższych mierników deszczu można wykonać w domu, mając wystarczającą wiedzę .
Kiedy dokonywany jest pomiar opadów, w Stanach Zjednoczonych i innych krajach istnieją różne sieci, w których pomiary opadów można przesyłać przez Internet, takie jak CoCoRAHS lub GLOBE . Jeśli sieć nie jest dostępna w miejscu zamieszkania, pomiarem prawdopodobnie zainteresuje się najbliższy lokalny urząd meteorologiczny.
Definicja hydrometeor
Pojęciem używanym do pomiaru opadów jest hydrometeor. Wszelkie cząstki ciekłej lub stałej wody w atmosferze są znane jako hydrometeory. Formacje powstałe w wyniku kondensacji, takie jak chmury, zamglenie , mgła i mgła, składają się z hydrometeorów. Wszystkie rodzaje opadów z definicji składają się z hydrometeorów, w tym virga , czyli opadów, które wyparowują przed dotarciem do ziemi. Cząsteczki wywiewane z powierzchni Ziemi przez wiatr, takie jak dmuchany śnieg i morska bryza, są również hydrometeorami , podobnie jak grad i śnieg .
Szacunki satelitarne
Chociaż mierniki opadów powierzchniowych są uważane za standard pomiaru opadów, istnieje wiele obszarów, w których ich użycie nie jest możliwe. Obejmuje to rozległe obszary oceanów i odległych obszarów lądowych. W innych przypadkach kwestie społeczne, techniczne lub administracyjne uniemożliwiają rozpowszechnianie obserwacji skrajni. W rezultacie współczesny globalny zapis opadów w dużej mierze zależy od obserwacji satelitarnych.
Czujniki satelitarne działają na zasadzie zdalnego wykrywania opadów — rejestrują różne części widma elektromagnetycznego , które teoria i praktyka pokazują, że są one związane z występowaniem i intensywnością opadów. Czujniki są prawie wyłącznie pasywne, rejestrują to, co widzą, podobnie jak kamera, w przeciwieństwie do czujników aktywnych ( radar , lidar ), które wysyłają sygnał i wykrywają jego wpływ na obserwowany obszar.
Czujniki satelitarne stosowane obecnie w praktyce do pomiaru opadów dzielą się na dwie kategorie. Termiczne podczerwieni (IR) rejestrują kanał o długości fali około 11 mikronów i dostarczają przede wszystkim informacji o wierzchołkach chmur. Ze względu na typową strukturę atmosfery temperatury wierzchołków chmur są w przybliżeniu odwrotnie proporcjonalne do wysokości wierzchołków chmur, co oznacza, że chłodniejsze chmury prawie zawsze występują na wyższych wysokościach. Co więcej, wierzchołki chmur z dużą zmiennością na małą skalę będą prawdopodobnie bardziej energiczne niż chmury o gładkich wierzchołkach. Różne schematy matematyczne lub algorytmy wykorzystują te i inne właściwości do szacowania opadów na podstawie danych IR.
Druga kategoria kanałów czujnikowych znajduje się w mikrofalowej części widma elektromagnetycznego. Częstotliwości w użyciu wahają się od około 10 gigaherców do kilkuset GHz. Kanały do około 37 GHz dostarczają przede wszystkim informacji o ciekłych hydrometeorach (deszczu i mżawce) w dolnych partiach chmur, przy czym większe ilości cieczy emitują większe ilości mikrofalowej energii promieniowania . Kanały powyżej 37 GHz wyświetlają sygnały emisyjne, ale są zdominowane przez działanie stałych hydrometeorów (śnieg, graupel itp.) W celu rozproszenia mikrofalowej energii promieniowania. Satelity, takie jak misja pomiaru opadów tropikalnych (TRMM) i misja Global Precipitation Measurement (GPM) wykorzystują czujniki mikrofalowe do tworzenia szacunków opadów.
Wykazano, że dodatkowe kanały czujników i produkty dostarczają dodatkowych użytecznych informacji, w tym kanałów widzialnych, dodatkowych kanałów IR, kanałów pary wodnej i pozyskiwania sond atmosferycznych. Jednak większość obecnie używanych zestawów danych o opadach nie wykorzystuje tych źródeł danych.
Zestawy danych satelitarnych
Szacunki IR mają raczej niskie umiejętności w krótkich skalach czasowych i przestrzennych, ale są dostępne bardzo często (15 minut lub częściej) z satelitów na geosynchronicznej orbicie okołoziemskiej. IR działa najlepiej w przypadku głębokiej, energicznej konwekcji — na przykład w tropikach — i staje się coraz mniej przydatna na obszarach, gdzie dominują opady warstwowe (warstwowe), zwłaszcza w regionach o średniej i dużej szerokości geograficznej. Bardziej bezpośrednie fizyczne połączenie między hydrometeorami a kanałami mikrofalowymi daje oszacowaniom mikrofalowym większe umiejętności w krótkich skalach czasowych i przestrzennych niż w przypadku podczerwieni. Jednak czujniki mikrofalowe latają tylko na satelitach o niskiej orbicie okołoziemskiej, a jest ich na tyle mało, że średni czas między obserwacjami przekracza trzy godziny. Ten kilkugodzinny odstęp jest niewystarczający do odpowiedniego udokumentowania opadów ze względu na przejściowy charakter większości systemów opadów, a także niezdolność pojedynczego satelity do odpowiedniego uchwycenia typowego dobowego cyklu opadów w danej lokalizacji.
Od późnych lat 90. XX wieku opracowano kilka algorytmów do łączenia danych o opadach z czujników wielu satelitów, starając się podkreślić mocne strony i zminimalizować słabości poszczególnych zestawów danych wejściowych. Celem jest zapewnienie „najlepszych” szacunków opadów atmosferycznych na jednolitej siatce czasoprzestrzennej, zwykle dla jak największej części globu. W niektórych przypadkach kładzie się nacisk na długookresową jednorodność zbioru danych, co jest Climate Data Record .
W innych przypadkach celem jest uzyskanie najlepszego natychmiastowego oszacowania satelity, co jest podejściem High Resolution Precipitation Product. W obu przypadkach, oczywiście, mniej podkreślany cel jest również uważany za pożądany. Jednym z kluczowych wyników badań wielosatelitarnych jest to, że uwzględnienie nawet niewielkiej ilości danych z mierników powierzchni jest bardzo przydatne do kontrolowania błędów systematycznych, które są charakterystyczne dla szacunków satelitarnych. Trudności w korzystaniu z danych pomiarowych polegają na tym, że 1) ich dostępność jest ograniczona, jak wspomniano powyżej, oraz 2) najlepsze analizy danych pomiarowych wymagają co najmniej dwóch miesięcy od czasu obserwacji, aby przejść niezbędną transmisję, montaż, przetwarzanie i kontrolę jakości. W związku z tym szacunki opadów, które obejmują dane z miernika, są zwykle tworzone dalej po czasie obserwacji niż oszacowania bez miernika. W rezultacie, chociaż szacunki zawierające dane z mierników mogą zapewnić dokładniejszy obraz „rzeczywistych” opadów, generalnie nie nadają się do zastosowań w czasie rzeczywistym lub zbliżonym do rzeczywistego.
Opisane prace zaowocowały różnorodnymi zestawami danych posiadającymi różne formaty, siatki czasowo-przestrzenne, okresy zapisu i regiony pokrycia, wejściowe zbiory danych i procedury analizy, a także wiele różnych form oznaczników wersji zbioru danych. W wielu przypadkach jeden z nowoczesnych wielosatelitarnych zestawów danych jest najlepszym wyborem do ogólnego użytku.
Okres zwrotu
Prawdopodobieństwo lub prawdopodobieństwo zdarzenia o określonej intensywności i czasie trwania nazywane jest okresem powrotu lub częstotliwością. Intensywność burzy można przewidzieć dla dowolnego okresu powrotu i czasu trwania burzy na podstawie wykresów opartych na danych historycznych dla danej lokalizacji. Termin burza 1 na 10 lat opisuje rzadkie opady deszczu, które mogą wystąpić tylko raz na 10 lat, więc prawdopodobieństwo ich wystąpienia wynosi 10 procent w danym roku. Opady deszczu będą większe, a powodzie gorsze niż najgorsza burza spodziewana w ciągu jednego roku. Termin burza 1 na 100 lat opisuje opady deszczu, które są niezwykle rzadkie i które wystąpią z prawdopodobieństwem tylko raz na stulecie, więc prawdopodobieństwo wynosi 1 procent w danym roku. Opady deszczu będą ekstremalne, a powodzie gorsze niż zdarzenie, które zdarza się raz na 10 lat. Podobnie jak w przypadku wszystkich zdarzeń prawdopodobieństwa, możliwe jest, choć mało prawdopodobne, wystąpienie dwóch burz „1 na 100 lat” w ciągu jednego roku.
Nierówny rozkład opadów
Znaczna część rocznych opadów w danym miejscu (nie brano pod uwagę żadnej stacji pogodowej w Afryce ani Ameryce Południowej) przypada tylko na kilka dni, zwykle około 50% w ciągu 12 dni z największą ilością opadów.
Rola w klasyfikacji klimatu Köppena
Klasyfikacja Köppena zależy od średnich miesięcznych wartości temperatury i opadów. Najczęściej stosowana forma klasyfikacji Köppena obejmuje pięć podstawowych typów oznaczonych od A do E. W szczególności typy podstawowe to A, tropikalne; B, suchy; C, łagodna średnia szerokość geograficzna; D, zimna średnia szerokość geograficzna; i E, polarny. Pięć podstawowych klasyfikacji można dalej podzielić na klasyfikacje drugorzędne, takie jak las deszczowy , monsun , tropikalna sawanna , wilgotny subtropikalny , wilgotny kontynentalny , klimat oceaniczny , klimat śródziemnomorski , step , klimat subarktyczny , tundra , polarna pokrywa lodowa i pustynia .
Lasy deszczowe charakteryzują się dużymi opadami deszczu, a definicje określają minimalne normalne roczne opady między 1750 a 2000 mm (69 a 79 cali). Tropikalna sawanna to biom użytków zielonych położony w regionach klimatycznych od półpustynnych do półwilgotnych na subtropikalnych i tropikalnych szerokościach geograficznych, z opadami deszczu od 750 do 1270 mm (30 do 50 cali) rocznie. Są szeroko rozpowszechnione w Afryce, można je również znaleźć w Indiach, północnych częściach Ameryki Południowej, Malezji i Australii. Wilgotna subtropikalna strefa klimatyczna to miejsce, w którym zimowe opady deszczu (a czasem opady śniegu) są związane z dużymi burzami, które wiatry zachodnie sterują z zachodu na wschód. Większość letnich opadów występuje podczas burz i sporadycznych cyklonów tropikalnych. Wilgotny klimat subtropikalny leży na kontynentach po wschodniej stronie, mniej więcej między 20° a 40° szerokości geograficznej od równika.
Klimat oceaniczny (lub morski) występuje zwykle wzdłuż zachodnich wybrzeży na środkowych szerokościach geograficznych wszystkich kontynentów świata, graniczących z chłodnymi oceanami, a także z południowo-wschodnią Australią, i towarzyszą mu obfite opady przez cały rok. Śródziemnomorski reżim klimatyczny przypomina klimat ziem basenu Morza Śródziemnego, części zachodniej Ameryki Północnej, części zachodniej i południowej Australii, południowo-zachodniej Afryki Południowej i części środkowego Chile. Klimat charakteryzuje się gorącymi, suchymi latami i chłodnymi, wilgotnymi zimami. Step to sucha łąka. Klimat subarktyczny jest zimny z ciągłą wieczną zmarzliną i niewielkimi opadami.
Wpływ na rolnictwo
Opady, zwłaszcza deszcz, mają dramatyczny wpływ na rolnictwo. Wszystkie rośliny potrzebują przynajmniej trochę wody, aby przetrwać, dlatego deszcz (będący najskuteczniejszym sposobem podlewania) jest ważny dla rolnictwa. Podczas gdy regularny rozkład opadów jest zwykle niezbędny dla zdrowych roślin, zbyt duża lub zbyt mała ilość opadów może być szkodliwa, a nawet niszczycielska dla upraw. Susza może zabić plony i zwiększyć erozję, a zbyt wilgotna pogoda może spowodować szkodliwy wzrost grzybów. Rośliny potrzebują różnej ilości opadów, aby przetrwać. Na przykład niektóre kaktusy wymagają niewielkich ilości wody, podczas gdy rośliny tropikalne mogą potrzebować do przeżycia setek cali deszczu rocznie.
Na obszarach o porze deszczowej i suchej składniki odżywcze gleby zmniejszają się, a erozja wzrasta w porze deszczowej. Zwierzęta mają strategie adaptacji i przetrwania w bardziej wilgotnym reżimie. Poprzednia pora sucha prowadzi do niedoborów żywności w porze deszczowej, ponieważ uprawy jeszcze nie dojrzały. Kraje rozwijające się zauważyły, że ich populacje wykazują sezonowe wahania wagi z powodu niedoborów żywności obserwowanych przed pierwszymi zbiorami, które mają miejsce pod koniec pory deszczowej.
Zmiany spowodowane globalnym ociepleniem
Rosnące temperatury mają tendencję do zwiększania parowania, co prowadzi do większej ilości opadów. Opady na ogół wzrosły na lądzie na północ od 30 ° N od 1900 do 2005 r., Ale spadły w tropikach od lat 70. XX wieku. Na całym świecie nie było statystycznie istotnego ogólnego trendu opadów w ciągu ostatniego stulecia, chociaż trendy różniły się znacznie w zależności od regionu i czasu. W 2018 roku badanie oceniające zmiany opadów w skalach przestrzennych przy użyciu zestawu danych o globalnych opadach w wysokiej rozdzielczości z ponad 33 lat wykazało, że „Chociaż istnieją trendy regionalne, nie ma dowodów na wzrost opadów w skali globalnej w odpowiedzi na obserwowane globalne ocieplenie”.
Każdy region świata będzie miał zmiany w opadach ze względu na swoje unikalne warunki. Wschodnie części Ameryki Północnej i Południowej, północna Europa oraz północna i środkowa Azja stały się bardziej wilgotne. Sahel, Morze Śródziemne, południowa Afryka i część południowej Azji stały się bardziej suche. W ciągu ostatniego stulecia nastąpił wzrost liczby ulewnych opadów na wielu obszarach, a od lat 70. XX wieku wzrost częstości występowania susz — zwłaszcza w tropikach i subtropikach. Zmiany w opadach i parowaniu nad oceanami są sugerowane przez zmniejszone zasolenie wód na średnich i wysokich szerokościach geograficznych (co oznacza większe opady), a także zwiększone zasolenie na niższych szerokościach geograficznych (co oznacza mniejsze opady, większe parowanie lub jedno i drugie). W sąsiednich Stanach Zjednoczonych całkowite roczne opady wzrastały średnio o 6,1% na stulecie od 1900 r., Przy czym największy wzrost nastąpił w regionie klimatycznym wschodnio-północno-środkowym (11,6% na stulecie) i na południu (11,1%). Hawaje były jedynym regionem, w którym odnotowano spadek (-9,25%).
Zmiany w związku z miejską wyspą ciepła
Miejska wyspa ciepła ogrzewa miasta o 0,6 do 5,6 ° C (1,1 do 10,1 ° F) powyżej okolicznych przedmieść i obszarów wiejskich. To dodatkowe ciepło prowadzi do większego ruchu w górę, co może wywołać dodatkowe opady i burze. Wskaźniki opadów z wiatrem w miastach wzrastają od 48% do 116%. Częściowo w wyniku tego ocieplenia miesięczne opady są o około 28% większe między 32 a 64 kilometrami (20 do 40 mil) z wiatrem w miastach, w porównaniu z wiatrem. Niektóre miasta powodują wzrost sumy opadów o 51%.
Prognozowanie
Ilościowa prognoza opadów (w skrócie QPF) to przewidywana ilość opadów płynnych zgromadzonych w określonym czasie na określonym obszarze. QPF zostanie określony, gdy prognozowany jest mierzalny typ opadów osiągający minimalny próg dla dowolnej godziny w okresie ważności QPF. Prognozy opadów są zwykle powiązane z godzinami synoptycznymi, takimi jak 0000, 0600, 1200 i 1800 GMT . Teren jest uwzględniany w QPF na podstawie topografii lub wzorców opadów klimatycznych z obserwacji z drobnymi szczegółami. Począwszy od połowy do późnych lat 90., QPF były wykorzystywane w modelach prognoz hydrologicznych do symulacji wpływu na rzeki w całych Stanach Zjednoczonych. Modele prognostyczne wykazują znaczną wrażliwość na poziomy wilgotności w planetarnej warstwie granicznej lub na najniższych poziomach atmosfery, która maleje wraz z wysokością. QPF można generować ilościowo, prognozując kwoty lub jakościowo, prognozując prawdopodobieństwo określonej kwoty . Techniki prognozowania obrazów radarowych wykazują większe umiejętności niż prognozy modelowe w ciągu sześciu do siedmiu godzin od momentu uzyskania obrazu radarowego. Prognozy można zweryfikować za pomocą deszczomierza , radaru pogodowego szacunków lub kombinacji obu. Można określić różne wyniki umiejętności, aby zmierzyć wartość prognozy opadów.
Zobacz też
- Lista tematów meteorologicznych
- Podstawowe opady
- Bioprecypitacja , koncepcja bakterii powodujących deszcz.
- Ulewy mango , ulewy przedmonsunowe w indyjskich stanach Karnataka i Kerala , które pomagają w dojrzewaniu mango.
- Sunshower , niezwykłe zjawisko meteorologiczne, w którym pada deszcz, gdy świeci słońce.
- Zimowe ulewy , nieformalny termin meteorologiczny określający różne mieszanki deszczu, marznącego deszczu, deszczu ze śniegiem i śniegu.
Linki zewnętrzne
- Aktualna globalna mapa przewidywanych opadów na następne trzy godziny
- Globalne Centrum Klimatologii Opady GPCC
| Biblioteki Narodowe | |
|---|---|
| Inny | |
