最近几天我国南方大部分地区暴雨持续,局地更是有雷暴大风甚至冰雹等强对流天气。我国对于暴雨的标准是24小时内降雨量达到50至100毫米,如果不好理解,可以找一个桶壁和桶底垂直且开口为1平方米的圆桶,下雨时将其放到开阔场地,如果24小时内桶里面的水面高度达到50毫米,那么表明这段时间下的是一场暴雨。

一年最大暴雨时间表(数百万吨的积雨云是如何飘在天上的)(1)

以宜兴市为例,宜兴市面积约1996平方公里,从昨天到今天24小时降雨量约46.9毫米,差不多有九万三千吨的雨水降落了下来,或者说宜兴市上空飘过了一艘航空母舰,而降雨量更大的地区上空相当于飘着一支航母编队了。

一年最大暴雨时间表(数百万吨的积雨云是如何飘在天上的)(2)

我们知道雨是从云里面降落下来的,云主要是由空气中的水蒸气遇冷形成小水滴或者小冰晶组成,地表的江河湖海以及绿色植物在吸收热量后都会蒸发大量的水分。水蒸气在上升时由于大气压的降低,其自身逐渐膨胀,这个过程可以近似为一个绝热过程,热力学第一定律告诉我们,绝热过程中系统对外做功其内能减少,因此上升的水蒸气会逐渐变冷,并导致空气的饱和水汽压变低,当超过极限值时,空气中多余的水蒸气就会在凝结核的作用下变成小水滴或者冰晶,此时便形成了云。

一年最大暴雨时间表(数百万吨的积雨云是如何飘在天上的)(3)

美国国家大气研究中心在2013年做过一项研究,数据表明通常我们在晴天看到的白云,其水密度为0.5克每立方米,而积雨云的水密度显然更高。在空间上积雨云底部距离地面在一公里左右高度而顶部最高可达一万米左右的对流层底部,绵延数公里至数百公里不等,按此计算一片庞大积雨云的含水量远远超过一百万吨。那如此重的云是如何飘在天上的呢?

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我们知道空气中的水百分之九十都在对流层,而对流层的热量主要源自地表的热传导效应以及长波辐射,因此整个对流层在空间上表现为下热上冷,这就造成对流层在垂直方向上会出现上下对流现象,底部的空气被地面加热后会逐渐上升,而上升的气流会托起云层中的小水滴或者小冰晶从而使这些水不会快速的落到地面。

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除此之外,小水滴的体积非常微小,其直径仅为0.002毫米左右,虽然积雨云本身像山一样庞大,但是它在微观上也是由一个一个小水滴构成。科学研究发现,由于空气阻力的作用,即使多个小水滴聚集成100微米的大水滴,其下落速度也不会超过30厘米每秒,这有点类似于蚂蚁从飞机上掉下来然后饿死在半空。云的形成是一种动态的过程,即使有小水滴从云中落下来,这些小水滴很有可能在下降的过程中又被转变为水蒸气升入空中。综上所述,云虽然非常重,但是依然可以漂浮在空中。

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当然,雨雪的出现就代表了空气无法托起云。降水的形成可以看做是云内部小水滴或者小冰晶不断壮大的结果。云层内部的对流会使大量的小水滴或者小冰晶碰撞融合,在这个过程中也会吸收周围空气中的水蒸气不断壮大自己,当空气无法托住它们时,云也完成了自身的“减负”。

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