这几天郑州暴雨,各种画面视频令人触目惊心。

洪水在河南自古就是不断重复的灾难,这一点在各种史书里都可以找到记录。

不过,在我的记忆里,小时候雨下的最大的时候,也就是把沟道河流填满,没有那种所有地方都淹没很深的大水。也许是概率吧,攒了多年,终于暴发了一次。

今天随便写点,不讨论自然灾害,就简单的记录下我的一些思考。

这次破纪录的一小时降水超过200毫米,超过所有中国陆地降水量的极值。

为什么郑州会下这么大的雨?为什么降水更多的沿海城市比如深圳上海没有这么大的雨呢?那些沿海城市因为台风导致的暴雨难道不应该更大吗?

这是我心里的疑惑,也一直在思考答案。下面写的,都是个人的一些想法观点,并没有花大量时间精力去做科学的研究论证,看看就好,没必要较真。也许将来有大把的空闲时间了可以再去做更细致的研究,今天写下来只是记录一下自己的想法思考,方便将来翻阅备忘。


先看一下年平均降水量,郑州大致在600多毫升左右。作为对比,我们拿深圳来举例子,深圳的年平均降水量大约是1900多,大致有三倍的样子。

这样看来,深圳确实降水比较多。

然而,下的多并不意味着短时间内下的大。就像跑步,跑得远并不意味着短时间内跑得快。

可为什么深圳瞬时雨量不够大呢?

我们先看看降水是如何形成的。

通过蒸发,大量的水蒸气进入空气当中,这些含有水汽的空气形成所谓的云,当他们与冷空气相遇的时候,水汽凝结,就形成了雨滴。

先给出一个简单的规律:

空气中储存的水汽多少跟温度有关,温度越高,能储存的水汽量越大。

这个比较容易理解,比如冬天嘴唇容易干就是因为温度低空气里的水分较少。

再比如夏天,我们从冰箱里拿出一瓶啤酒,过一会啤酒瓶上就会布满了水珠。这是因为夏天空气温度高,含水汽量高,而刚拿出的啤酒温度低,它会导致周边的空气温度降低,低温空气储存不了那么多的水汽,就凝结析出了。

降雨的过程跟这个也差不多,南方从海洋上吹来的风饱含水汽温度高的空气,突然遇到从北方吹来的寒冷空气,形成对流并向上抬升,迅速凝结,就形成了降水。

当然降雨除了这种,还有一种是被山坡抬升导致的。抬升过程中,海拔越来越高,空气温度开始降低,而且大气压大气密度也在降低,导致储水量更低,于是水汽凝结降雨。

降雨的大小取决于什么呢?当然跟空气中的水汽储量有关系。同时,也跟对流空气的温度差有关系,就像我们从冰箱里拿出的啤酒,温度越低凝结的水滴也就越多。

其实理解了这个原理,很多问题就比较容易推出结论了:

  • 瞬时降雨的大小取决于空气中水汽的储量密度以及对流温差强度
  • 空气中的最大水汽储量密度取决于温度。

所以,瞬时降雨的大小取决于当地最高温度,因为这决定了空气中水汽储量的上限。

我们看一下各地的最高气温,这都有气象数据可以查到。深圳夏天大致在30多左右,其实并不算热,主要是潮湿。因为靠海的缘故,热量大部分用来加热海水蒸发。

河南这种内陆平原就不一样了,阳光照射大地全部用来加热,温度甚至都能到40度以上。夏天三十七八度很正常。

忘了在哪看的说每升高一度水汽储量增加7%,我没有去仔细查证,但是感觉增长曲线不一定是线性的。

可以认为,郑州的温度甚至可以比深圳高10度左右,这带来的水汽储量差别是巨大的,这也导致郑州暴雨的上限要远比深圳高。

同时,北方过来的冷空气到河南的时候温度要比到深圳的时候更低。因为横跨中国大陆的过程中它们可能慢慢被传递热量升温。这样看来河南这边的对流温差强度大的概率更高。

水汽含量高,加上对流强度更高,所以,北方内陆出现瞬时大暴雨的可能性其实远比沿海城市要高。

在北方,暴雨的危害主要来自于猛涨的水位无法快速流走。雨过之后,洪水往往快速消退。并不会形成长时间的内涝,地面很快就恢复了干燥。

来自海洋的水汽进入内陆平原,如何不停的积聚,以及受到冷空气对冲、山坡的阻拦等产生各种运动和交互的细节,可以看作一个随时间变化的气流运动。要去模拟这些空气的气流是十分复杂的,它是三维变化的,通过数值模拟计算的话要牵涉到大量的微分方程,各种各样的参数,且很容易被一些细小的因素参数影响。所以天气预报往往需要超级计算机去模拟计算,也很难做到精准。不过鉴于天气预报都搞了这么久了,气象学应该有一个简单可以用的模型吧。等将来有大量空余时间了再去仔细搜索研究下。

需要指出,并不是温度高了,空气中的含水量就高,只是说明储存的能力变多了,需要水汽不停的蒸发或运输进来才相应的增多。西北沙漠地区就是个例子。

我们把空气中的水汽含量的百分比称为相对湿度,数值范围在0%到100%,分别对应完全没有以及水汽饱和。这个数值可以代表我们人体对潮湿的一种感觉,太干太湿都会觉得不舒适,看天气的时候可以注意一下这个数值。

记住,相对湿度在不同温度下真实含水量的绝对值是不一样的,它代表的只是水汽饱和度百分比。所以,冬天的80%可能比夏天的40%含水量更少。

好了,大致就这些,概括一下,可以认为全文只有一句话:温度上限决定暴雨大小的上限。