Nederbörd - Precipitation

Långsiktig genomsnittlig nederbörd per månad
Länder efter genomsnittlig årlig nederbörd

Inom meteorologi är nederbörd vilken produkt som helst av kondensationen av atmosfärisk vattenånga som faller under gravitation från moln. De viktigaste formerna av utfällning inkluderar drizzling , regn , snöslask , snö , is pellets , graupel och hagel . Nederbörd uppstår när en del av atmosfären blir mättad med vattenånga (når 100% relativ luftfuktighet ), så att vattnet kondenserar och "fälls ut" eller faller. Dimma och dimma är således inte nederbörd utan kolloider , eftersom vattenånga inte kondenserar tillräckligt för att fälla ut. Två processer, som eventuellt fungerar tillsammans, kan leda till att luft blir mättad: kyla luften eller tillsätta vattenånga till luften. Nederbörd bildas när mindre droppar sammanfaller genom kollision med andra regndroppar eller iskristaller i ett moln. Korta, intensiva perioder av regn på spridda platser kallas duschar .

Fukt som lyfts eller på annat sätt tvingas stiga över ett lager av frysluft vid ytan kan kondenseras till moln och regn. Denna process är vanligtvis aktiv när det regnar. En stationär front är ofta närvarande i närheten av frysande regn och fungerar som fokus för att tvinga och stiga luft. Förutsatt att det är nödvändigt och tillräckligt med atmosfärisk fukthalt, kondenserar fukten i den stigande luften till moln, nämligen nimbostratus och cumulonimbus om betydande nederbörd är involverad. Så småningom kommer molndropparna att växa sig tillräckligt stora för att bilda regndroppar och sjunka mot jorden där de kommer att frysa vid kontakt med exponerade föremål. Där relativt varma vattenkroppar förekommer, till exempel på grund av vattenförångning från sjöar, blir snöfall med sjöeffekt en oroväckande motvind för de varma sjöarna i det kalla cyklonflödet runt baksidan av extratropiska cykloner . Sjöeffektsnöfall kan vara lokalt tungt. Thundersnow är möjligt inom en cyklons kommahuvud och inom sjöeffektutfällningsband. I bergsområden är kraftig nederbörd möjlig där upploppsflödet maximeras inom vindsidorna av terrängen vid höjd. På den fria sidan av bergen kan ökenklimat existera på grund av den torra luften som orsakas av tryckvärme. Mest nederbörd sker i tropikerna och orsakas av konvektion . Förflyttningen av monsoonen ho , eller intertropiska konvergenszonen , ger regnperioder till savann regioner.

Nederbörd är en huvudkomponent i vattencykeln och ansvarar för att deponera färskt vatten på planeten. Ungefär 505 000 kubikilometer (121 000 kubikmeter) vatten faller som nederbörd varje år: 398 000 kubikilometer (95 000 kubikmeter) över hav och 107 000 kubik kilometer (26 000 kubikmeter) över land. Med tanke på jordens ytarea betyder det att den genomsnittliga årliga nederbörden i världen är 990 millimeter (39 tum), men över land är den bara 715 millimeter (28,1 tum). Klimatklassificeringssystem som Köppen klimatklassificeringssystem använder genomsnittlig årlig nederbörd för att skilja mellan olika klimatregimer. Den globala uppvärmningen orsakar redan väderförändringar, ökad nederbörd i vissa geografier och minskning i andra, vilket resulterar i ytterligare extremt väder .

Nederbörd kan förekomma på andra himmelska kroppar. Saturnus största satellit , Titan , är värd för metanutfällning som ett långsamt fallande duggregn , vilket har observerats när regnpölar vid ekvatorn och polarområdena.

Typer

Ett åskväder med kraftig nederbörd

Nederbörd är en viktig komponent i vattencykeln och är ansvarig för att deponera det mesta av färskvattnet på planeten. Cirka 505 000 km 3 (121 000 mi 3 ) vatten faller som nederbörd varje år, 398 000 km 3 (95 000 cu mi) av det över haven. Med tanke på jordens ytarea betyder det att den globala genomsnittliga årliga nederbörden är 990 millimeter (39 tum).

Mekanismer för att producera nederbörd inkluderar konvektiv, stratiform och orografisk nederbörd. Konvektiva processer involverar starka vertikala rörelser som kan orsaka att atmosfären välter på den platsen inom en timme och orsakar kraftig nederbörd, medan stratiforma processer involverar svagare uppåtgående rörelser och mindre intensiv nederbörd. Nederbörd kan delas in i tre kategorier, baserat på om det faller som flytande vatten, flytande vatten som fryser vid kontakt med ytan eller is. Blandningar av olika typer av nederbörd, inklusive typer i olika kategorier, kan falla samtidigt. Flytande former av nederbörd inkluderar regn och duggregn. Regn eller duggregn som fryser vid kontakt inom en subfreezing luftmassa kallas "underkylt regn" eller "underkylt duggregn". Frysta former av nederbörd inkluderar snö, isnålar , ispellets , hagel och graupel .

Mått

Flytande nederbörd
Nederbörd (inklusive duggregn och regn) mäts vanligen med användning av en regnmätare och uttrycks i enheter av millimeter (mm) av höjd eller djup . På motsvarande sätt kan det uttryckas som en specifik mängd volym vatten per uppsamlingsområde, i liter liter per kvadratmeter (L/m 2 ); som 1L = 1dm 3 = 1mm · m 2 , arean (m 2 ) avbryts , vilket resulterar i helt enkelt "mm". Detta motsvarar också kg/m 2 , om man antar att 1 liter vatten har en massa på 1  kg ( vattentäthet ), vilket är acceptabelt för de flesta praktiska ändamål. Motsvarande engelska enhet som används är vanligtvis tum . I Australien före metrering mättes nederbörden i "punkter" som definierades som en hundradel av en tum.
Fast nederbörd
En snömätare används vanligtvis för att mäta mängden fast nederbörd. Snöfall mäts vanligtvis i centimeter genom att låta snö falla i en behållare och sedan mäta höjden. Snön kan sedan valfritt smälta för att erhålla en vattenekvivalentmätning i millimeter som för flytande nederbörd. Förhållandet mellan snöhöjd och vattenekvivalent beror på snöns vattenhalt; vattenekvivalenten kan således endast ge en grov uppskattning av snödjupet. Andra former av fast nederbörd, såsom snöpellets och hagel eller till och med slask (regn och snö blandat), kan också smältas och mätas som vattenekvivalenter, vanligtvis uttryckta millimeter som för flytande nederbörd.

Hur luften blir mättad

Kylluft till dess daggpunkt

Sensommarregn i Danmark
Linsformigt moln bildas på grund av berg över Wyoming

Den Daggpunkten är den temperatur, till vilken ett paket av luft måste kylas för att mättas, och (om inte övermättnad inträffar) kondenserar till vatten. Vattenånga börjar normalt kondensera på kondensationskärnor som damm, is och salt för att bilda moln. Molnkondensationskärnornas koncentration bestämmer molnmikrofysiken. En förhöjd del av en frontzon tvingar breda lyftområden, som bildar molndäck som altostratus eller cirrostratus . Stratus är ett stabilt molndäck som tenderar att bildas när en sval, stabil luftmassa fångas under en varm luftmassa. Det kan också bildas på grund av att advection dimma lyfts under blåsiga förhållanden.

Det finns fyra huvudmekanismer för kylning av luften till dess daggpunkt: adiabatisk kylning, konduktiv kylning, strålningskylning och förångningskylning. Adiabatisk kylning uppstår när luft stiger och expanderar. Luften kan stiga på grund av konvektion , storskaliga atmosfäriska rörelser eller en fysisk barriär som ett berg ( orografisk hiss ). Konduktiv kylning uppstår när luften kommer i kontakt med en kallare yta, vanligtvis genom att den blåses från en yta till en annan, till exempel från en flytande vattenyta till kallare mark. Strålningskylning sker på grund av utsläpp av infraröd strålning , antingen genom luften eller av ytan under. Avdunstningskylning uppstår när fukt tillsätts till luften genom avdunstning, vilket tvingar lufttemperaturen att svalna till dess våttemperatur , eller tills den når mättnad.

Tillför fukt till luften

De huvudsakliga sätten att vattenånga tillförs luften är: vindkonvergens till områden med uppåtgående rörelse, nederbörd eller virga som faller ovanifrån, uppvärmning av dagtid avdunstar vatten från havets yta, vattenkroppar eller våtmark, transpiration från växter, sval eller torr luft som rör sig över varmare vatten och lyfter luft över berg.

Former av nederbörd

Kondens och koalescens är viktiga delar av vattencykeln .

Regndroppar

Pöl i regnet

Koalescens uppstår när vattendroppar smälter samman för att skapa större vattendroppar, eller när vattendroppar fryser på en iskristall, som kallas Bergeron -processen . Fallet för mycket små droppar är försumbart, därför faller inte moln ur himlen; utfällning kommer bara att inträffa när dessa förenas till större droppar. droppar med olika storlek kommer att ha olika terminalhastighet som orsakar droppar kollision och producerar större droppar, Turbulens kommer att förbättra kollisionsprocessen. När dessa större vattendroppar sjunker fortsätter koalescensen, så att droppar blir tillräckligt tunga för att övervinna luftmotståndet och falla som regn.

Regndroppar har storlekar som sträcker sig från 5,1 millimeter (0,20 tum) till 20 millimeter (0,79 tum) medeldiameter, över vilken de tenderar att bryta upp. Mindre droppar kallas molndroppar, och deras form är sfärisk. När en regndroppe ökar i storlek blir dess form mer oblat , med dess största tvärsnitt mot det mötande luftflödet. I motsats till tecknade bilder av regndroppar, liknar deras form inte en tår. Intensitet och varaktighet av nederbörd är vanligtvis omvänt relaterade, dvs stormar med hög intensitet kommer sannolikt att vara av kort varaktighet och lågintensiva stormar kan ha en lång varaktighet. Regndroppar i samband med smältande hagel tenderar att vara större än andra regndroppar. METAR -koden för regn är RA, medan kodningen för regnskurar är SHRA.

Ispellets

En ansamling av ispellets

Ispellets eller slask är en form av nederbörd som består av små, genomskinliga isbollar. Ispellets är vanligtvis (men inte alltid) mindre än hagelstenar. De studsar ofta när de träffar marken och fryser i allmänhet inte till en fast massa om de inte blandas med frysande regn . Den METAR koden för is pellets är PL .

Ispellets bildas när ett lager av frysluft existerar med underfrysningsluft både ovanför och under. Detta orsakar en delvis eller fullständig smältning av snöflingor som faller genom det varma lagret. När de faller tillbaka i det frysande skiktet närmare ytan, fryser de om till ispellets. Om underfrysningsskiktet under det varma lagret är för litet hinner dock inte nederbörden frysa igen och frysregn kommer att bli resultatet vid ytan. En temperaturprofil som visar ett varmt lager ovanför marken kommer sannolikt att hittas före en varm front under den kalla årstiden, men kan ibland hittas bakom en förbigående kallfront .

Hagel

En stor hagel, cirka 6 centimeter (2,4 tum) i diameter

Liksom annan nederbörd bildas hagel i stormmoln när superkylda vattendroppar fryser vid kontakt med kondensationskärnor , till exempel damm eller smuts. Stormens uppblåsning blåser hagelstenarna mot molnets övre del. Uppdraget försvinner och hagelstenarna faller ner, tillbaka i uppdraget och lyfts igen. Hagel har en diameter på 5 millimeter (0,20 tum) eller mer. Inom METAR -koden används GR för att indikera större hagel, med en diameter på minst 6,4 millimeter (0,25 tum). GR härrör från det franska ordet grêle. Mindre hagel, liksom snöpellets, använder kodningen av GS, som är kort för det franska ordet grésil. Stenar bara större än golfbollsstorlek är en av de mest rapporterade hagelstorlekarna. Hagelstenar kan växa till 15 centimeter (6 tum) och väga mer än 500 gram (1 lb). I stora hagelstenar kan latent värme som frigörs vid ytterligare frysning smälta haglens yttre skal. Hageln kan sedan genomgå "våt tillväxt", där det flytande yttre skalet samlar andra mindre hagelstenar. Haglen får ett islager och blir allt större med varje stigning. När en hagel blir för tung för att stödjas av stormens uppgång faller den från molnet.

Snöflingor

Snöflinga ses i ett optiskt mikroskop

Snökristaller bildas när små underkylda molndroppar (cirka 10 μm i diameter) fryser. När en droppe har frusit växer den i den övermättade miljön. Eftersom vattendroppar är fler än iskristallerna kan kristallerna växa till hundratals mikrometer i storlek på bekostnad av vattendropparna. Denna process är känd som Wegener – Bergeron – Findeisen -processen . Motsvarande utarmning av vattenånga gör att dropparna avdunstar, vilket innebär att iskristallerna växer på dropparnas bekostnad. Dessa stora kristaller är en effektiv nederbördskälla, eftersom de faller genom atmosfären på grund av sin massa och kan kollidera och hålla ihop i kluster eller aggregat. Dessa aggregat är snöflingor och är vanligtvis den typ av ispartikel som faller till marken. Guinness World Records listar världens största snöflingor som januari 1887 i Fort Keogh, Montana; påstås att en var 38 cm (15 tum) bred. De exakta detaljerna i klämmekanismen förblir föremål för forskning.

Även om isen är klar, innebär spridning av ljus av kristallfasetterna och håligheter/brister att kristallerna ofta verkar vita i färg på grund av diffus reflektion av hela ljusspektrumet av de små ispartiklarna. Snöflingans form bestäms i stort av temperaturen och luftfuktigheten vid vilken den bildas. Sällan vid en temperatur på cirka -2 ° C (28 ° F) kan snöflingor bildas i trefaldig symmetri - triangulära snöflingor. De vanligaste snöpartiklarna är synligt oregelbundna, även om nästan perfekta snöflingor kan vara vanligare i bilder eftersom de är mer visuellt tilltalande. Inga två snöflingor är lika, eftersom de växer i olika takt och i olika mönster beroende på den förändrade temperaturen och luftfuktigheten i atmosfären genom vilken de faller på väg till marken. METAR -koden för snö är SN, medan snöskurar är kodade SHSN.

Diamant damm

Diamantdamm, även känt som isnålar eller iskristaller, bildas vid temperaturer som närmar sig −40 ° C (−40 ° F) på grund av luft med något högre fukt genom att blandas med kallare, ytbaserad luft. De är gjorda av enkla iskristaller, sexkantiga i formen. METAR -identifieraren för diamantdamm inom internationella väderrapporter varje timme är IC.

Ockult avsättning

Ockult deponering uppstår när dimma eller luft som är mycket mättad med vattenånga interagerar med löv från träd eller buskar som den passerar över.

Orsaker

Frontal aktivitet

Stratiform eller dynamisk nederbörd uppstår som en följd av långsam uppstigning av luft i synoptiska system (i storleksordningen cm/s), såsom kalla ytor över ytan och över och före varma fronter . Liknande stigning ses runt tropiska cykloner utanför ögonväggen och i kommat huvudmönster kring cykler på mitten av breddgraden . Ett brett utbud av väder kan hittas längs en tillsluten front, med åskväder möjligt, men vanligtvis är deras passage associerad med en torkning av luftmassan. Ockluderade fronter bildas vanligtvis runt mogna lågtrycksområden. Nederbörd kan förekomma på andra himmelska kroppar än jorden. När det blir kallt har Mars nederbörd som sannolikt tar form av isnålar, snarare än regn eller snö.

Konvektion

Konvektiv nederbörd

Konvektivt regn eller duschregn sker från konvektiva moln, t.ex. cumulonimbus eller cumulus congestus . Det faller som duschar med snabbt växlande intensitet. Konvektiv nederbörd faller över ett visst område under relativt kort tid, eftersom konvektiva moln har begränsad horisontell omfattning. Mest nederbörd i tropikerna verkar vara konvektiv; emellertid har det föreslagits att stratiform utfällning också förekommer. Graupel och hagel indikerar konvektion. På mitten av breddgraderna är konvektiv nederbörd intermittent och ofta förknippad med barokliniska gränser som kalla fronter , skavlinjer och varma fronter.

Orografiska effekter

Orografisk nederbörd

Orografisk nederbörd sker på vindens (uppåt) sida av bergen och orsakas av den stigande luftrörelsen av ett storskaligt flöde av fuktig luft över bergsryggen, vilket resulterar i adiabatisk kylning och kondens. I bergiga delar av världen som utsätts för relativt jämna vindar (till exempel passatvindar ), råder vanligtvis ett fuktigare klimat på vindsidan av ett berg än på lä- eller nedvindssidan. Fukt avlägsnas genom orografisk lyftning och lämnar torrare luft (se katabatisk vind ) på den nedåtgående och i allmänhet värmande, lägre sidan där en regnskugga observeras.

Hawaii är Mount Waiʻaleʻale , på ön Kauai, känd för sin extrema nederbörd, eftersom den har den näst högsta genomsnittliga årliga nederbörden på jorden, med 12 000 millimeter (460 tum). Stormsystem påverkar staten med kraftiga regn mellan oktober och mars. Lokala klimat varierar avsevärt på varje ö på grund av deras topografi, delbart i vind ( Koʻolau ) och leeward ( Kona ) regioner baserat på plats i förhållande till de högre bergen. Vindens sidor vetter mot öst till nordost passatvindar och får mycket mer nederbörd; avlägsna sidor är torrare och soligare, med mindre regn och mindre molntäcke.

I Sydamerika blockerar bergskedjan i Andesregionen den fukt från Stilla havet som kommer till den kontinenten, vilket resulterar i ett ökenliknande klimat precis i motvind över västra Argentina. Den Sierra Nevada sortimentet skapar samma effekt i Nordamerika bilda Great Basin och Mojave öknar . På samma sätt skapar Himalaya -bergen i Asien ett hinder för monsuner som leder till extremt hög nederbörd på södra sidan och lägre nederbördsnivåer på norra sidan.

Snö

Lake-effect snöband nära Koreahalvön i början av december 2008

Extratropiska cykloner kan ge kalla och farliga förhållanden med kraftigt regn och snö med vindar över 119 km/h (ibland kallade vindstormar i Europa). Nederbördsbandet som är associerat med deras varma front är ofta omfattande, tvingas av svag uppåtgående vertikal rörelse av luft över den främre gränsen som kondenserar när det svalnar och producerar nederbörd inom ett långsträckt band, som är brett och stratiform , vilket betyder att falla ut ur nimbostratus moln. När fuktig luft försöker släppa ut en arktisk luftmassa kan överlöpande snö resultera inom polewardsidan av det långsträckta nederbördsbandet . På norra halvklotet är poleward mot nordpolen eller norr. Inom södra halvklotet är poleward mot sydpolen eller söderut.

Sydväst om extratropiska cykloner kan krökt cykloniskt flöde som leder kall luft över de relativt varma vattenkropparna leda till smala sjöeffektsnöband . Dessa band ger starkt lokaliserat snöfall som kan förstås enligt följande: Stora vattenförekomster som sjöar lagrar effektivt värme som resulterar i betydande temperaturskillnader (större än 13 ° C eller 23 ° F) mellan vattenytan och luften ovanför. På grund av denna temperaturskillnad transporteras värme och fukt uppåt och kondenseras till vertikalt orienterade moln (se satellitbild) som ger snöbyar. Temperaturminskningen med höjd och molndjup påverkas direkt av både vattentemperaturen och den storskaliga miljön. Ju starkare temperaturen sjunker med höjden, desto djupare blir molnen och desto större nederbörd blir det.

I bergsområden ackumuleras tungt snöfall när luft tvingas stiga upp i bergen och pressa ut nederbörd längs deras vindlänningar, som under kalla förhållanden faller i form av snö. På grund av terrängens robusthet är det fortfarande en betydande utmaning att förutse platsen för tungt snöfall.

Inom tropikerna

Nederbördsfördelning per månad i Cairns som visar omfattningen av den våta säsongen på den platsen

Den blöta eller regniga säsongen är den tid på året som täcker en eller flera månader, då det mesta av den genomsnittliga årliga nederbörden i en region faller. Begreppet grön säsong används också ibland som en eufemism av turistmyndigheter. Områden med våta årstider är spridda över delar av tropikerna och subtropen. Savannaklimat och områden med monsunregimer har våta somrar och torra vintrar. Tropiska regnskogar har tekniskt sett inte torra eller våta årstider, eftersom deras nederbörd är lika fördelat över året. Vissa områden med uttalade regnperioder kommer att se en nedbrytning av nederbörden i mitten av säsongen när den intertropiska konvergenszonen eller monsunrännan rör sig mot sin plats under mitten av den varma säsongen. När den våta säsongen inträffar under den varma årstiden, eller sommaren, faller regn främst under sena eftermiddagen och tidiga kvällstimmar. Den blöta säsongen är en tid då luftkvaliteten förbättras, sötvattnets kvalitet förbättras och vegetationen växer betydligt. Jordnäringsämnen minskar och erosionen ökar. Djur har anpassnings- och överlevnadsstrategier för den våtare regimen. Den föregående torrsäsongen leder till matbrist in i den våta säsongen, eftersom grödorna ännu inte har mognat. Utvecklingsländer har noterat att deras populationer uppvisar säsongsbetonade viktfluktuationer på grund av matbrist som setts före den första skörden, som inträffar sent på den våta säsongen.

Tropiska cykloner, en källa till mycket kraftig nederbörd, består av stora luftmassor flera hundra mil över med lågt tryck i mitten och med vindar som blåser inåt mot mitten antingen medurs (södra halvklotet) eller moturs (norra halvklotet). Även om cykloner kan ta en enorm vägtull för liv och personlig egendom, kan de vara viktiga faktorer i nederbördssystemen på platser som de påverkar, eftersom de kan ge välbehövlig nederbörd till annars torra regioner. Områden i deras väg kan få ett års nederbörd från en tropisk cyklonpassage.

Storskalig geografisk spridning

I stor skala faller de högsta nederbörden utanför topografin i tropikerna, nära knutna till den intertropiska konvergenszonen , själv den stigande grenen av Hadley -cellen . Bergiga platser nära ekvatorn i Colombia är bland de blötaste platserna på jorden. Norr och söder om detta finns regioner med fallande luft som bildar subtropiska åsar där nederbörden är låg; markytan under dessa åsar är vanligtvis torr, och dessa regioner utgör de flesta av jordens öknar. Ett undantag från denna regel är på Hawaii, där uppströms flöde på grund av passatvindarna leder till en av de våtaste platserna på jorden. Annars leder flödet av Westerlies till Rocky Mountains till de blötaste och snöigaste platserna i Nordamerika. I Asien under våtsäsongen leder flödet av fuktig luft till Himalaya till några av de största nederbördsmängderna som uppmätts på jorden i nordöstra Indien.

Mått

Standard regnmätare

Det vanliga sättet att mäta nederbörd eller snöfall är standard regnmätare, som finns i 100 mm (4 tum) plast och 200 mm (8 tum) metallvarianter. Den inre cylindern fylls med 25 mm regn, med överflöde som strömmar in i den yttre cylindern. Plastmätare har markeringar på den inre cylindern upp till 0,25 mm (0,01 tum) upplösning, medan metallmätare kräver användning av en pinne utformad med lämpliga 0,25 mm (0,01 tum) markeringar. Efter att den inre cylindern är fylld kasseras mängden inuti och fylls sedan med återstående nederbörd i den yttre cylindern tills all vätska i den yttre cylindern är borta, vilket lägger till den totala totalen tills den yttre cylindern är tom. Dessa mätare används på vintern genom att ta bort tratten och den inre cylindern och låta snö och frysande regn samlas inuti den yttre cylindern. Vissa lägger till frostskyddsmedel i mätaren så att de inte behöver smälta snön eller isen som faller ner i mätaren. När snöfallet/isen har ackumulerats, eller när 300 mm (12 tum) närmar sig, kan man antingen ta in det för att smälta eller använda ljummet vatten för att fylla den inre cylindern för att smälta den frysta nederbörden i den yttre cylindern , hålla koll på den tillsatta varma vätskan, som därefter subtraheras från den totala totalen när all is/snö har smält.

Andra typer av mätare inkluderar den populära kilmätaren (den billigaste regnmätaren och mest ömtåliga), tipphinkens regnmätare och den vägande regnmätaren . Kil- och tipphinkmätarna har problem med snö. Försök att kompensera för snö/is genom att värma tippskopan möts med begränsad framgång, eftersom snö kan sublimera om mätaren hålls mycket över fryspunkten. Vägmätare med frostskyddsmedel bör göra bra med snö, men igen måste tratten tas bort innan händelsen börjar. För dem som vill mäta nederbörd billigast, kommer en burk som är cylindrisk med raka sidor att fungera som en regnmätare om den lämnas ute i det öppna, men dess noggrannhet beror på vilken linjal som används för att mäta regnet med. Vilken som helst av ovanstående regnmätare kan göras hemma, med tillräckligt med kunskap .

När en nederbördsmätning görs finns det olika nätverk i hela USA och på andra håll där regnmätningar kan skickas via Internet, till exempel CoCoRAHS eller GLOBE . Om det inte finns ett nätverk i det område där man bor, kommer närmaste lokala väderkontor sannolikt att vara intresserade av mätningen.

Hydrometeor definition

Ett koncept som används vid nederbördsmätning är hydrometeor. Eventuella partiklar av flytande eller fast vatten i atmosfären är kända som hydrometeorer. Formationer på grund av kondens, som moln, dis , dimma och dimma, består av hydrometeorer. Alla nederbördstyper består per definition av hydrometeorer, inklusive virga , som är nederbörd som avdunstar innan den når marken. Partiklar som blåses från jordens yta med vind, till exempel blåser snö och blåser havsspray, är också hydrometeorer , liksom hagel och snö .

Satellituppskattningar

Även om ytfällningsmätare anses vara standarden för att mäta nederbörd, finns det många områden där deras användning inte är genomförbar. Detta inkluderar de stora vidderna av hav och avlägsna landområden. I andra fall förhindrar sociala, tekniska eller administrativa frågor spridning av mätobservationer. Som ett resultat beror det moderna globala nederbördsrekordet till stor del på satellitobservationer.

Satellitsensorer fungerar genom att på distans känna av nederbörd - registrera olika delar av det elektromagnetiska spektrum som teori och praktik visar är relaterade till förekomsten och intensiteten av nederbörd. Sensorerna är nästan uteslutande passiva och registrerar vad de ser, liknande en kamera, i motsats till aktiva sensorer ( radar , lidar ) som skickar ut en signal och upptäcker dess inverkan på det område som observeras.

Satellitsensorer som nu är praktiska för nederbörd faller i två kategorier. Termiska infraröda (IR) sensorer registrerar en kanal runt 11 mikron våglängd och ger främst information om molntoppar. På grund av atmosfärens typiska struktur är molntoppstemperaturerna ungefär omvänt relaterade till molnhöjder, vilket betyder att kallare moln nästan alltid uppstår på högre höjder. Vidare är molntoppar med mycket småskaliga variationer sannolikt mer kraftfulla än moln med slät topp. Olika matematiska scheman eller algoritmer använder dessa och andra egenskaper för att uppskatta nederbörd från IR -data.

Den andra kategorin av sensorkanaler är i mikrovågsdelen av det elektromagnetiska spektrumet. Frekvenserna som används varierar från cirka 10 gigahertz till några hundra GHz. Kanaler upp till ca 37 GHz ger huvudsakligen information om de flytande hydrometeors (regn och duggregn) i de nedre delarna av moln, med större mängder av flytande emitterande högre mängder mikrovågsugn strålningsenergi . Kanaler över 37 GHz visar utsläppssignaler, men domineras av verkan av fasta hydrometeorer (snö, graupel, etc.) för att sprida mikrovågsstrålningsenergi. Satelliter som Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) och Global Precipitation Measurement (GPM) -uppdraget använder mikrovågssensorer för att bilda uppskattningar av nederbörd.

Ytterligare sensorkanaler och produkter har visat sig ge ytterligare användbar information, inklusive synliga kanaler, ytterligare IR -kanaler, vattenånga -kanaler och atmosfäriska ljudåtervinningar. De flesta nederbördsdatauppsättningar i nuvarande användning använder dock inte dessa datakällor.

Satellitdatauppsättningar

IR -uppskattningarna har ganska låg skicklighet vid korta tids- och rymdskalor, men är tillgängliga mycket ofta (15 minuter eller oftare) från satelliter i geosynkron jordbana. IR fungerar bäst vid djup, kraftig konvektion- till exempel tropikerna- och blir gradvis mindre användbar i områden där stratiform (skiktad) nederbörd dominerar, särskilt i regioner på medellång och hög latitud. Den mer direkta fysiska kopplingen mellan hydrometeorer och mikrovågskanaler ger mikrovågsugnarnas uppskattningar större skicklighet på korta tids- och rymdskalor än vad som är sant för IR. Mikrovågssensorer flyger dock bara på satelliter med låg jordbana, och det finns få nog av dem att medeltiden mellan observationer överstiger tre timmar. Detta intervall på flera timmar är otillräckligt för att dokumentera nederbörd på ett tillfredsställande sätt på grund av de flesta nederbördssystemens övergående karaktär liksom en enda satellits oförmåga att på lämpligt sätt fånga den typiska dagliga nederbördscykeln på en given plats.

Sedan slutet av 1990 -talet har flera algoritmer utvecklats för att kombinera utfällningsdata från flera satelliters sensorer, i syfte att betona styrkorna och minimera svagheterna hos de enskilda inmatningsuppsättningarna. Målet är att ge "bästa" uppskattningar av nederbörd på ett enhetligt tids-/rymdnät, vanligtvis för så mycket av världen som möjligt. I vissa fall betonas den långsiktiga homogeniteten i datamängden, vilket är standarden för klimatdatapost .

I andra fall är målet att producera den bästa omedelbara satellituppskattningen, vilket är High Resolution Precipitation Product -tillvägagångssättet. I båda fallen anses naturligtvis också det mindre betonade målet vara önskvärt. Ett nyckelresultat av multisatellitstudierna är att även en liten mängd ytmätardata är mycket användbar för att kontrollera de fördomar som är endemiska för satellituppskattningar. Svårigheterna med att använda mätdata är att 1) ​​deras tillgänglighet är begränsad, som nämnts ovan, och 2) de bästa analyserna av mätdata tar två månader eller mer efter observationstiden för att genomgå nödvändig överföring, montering, bearbetning och kvalitetskontroll. Således tenderar utfällningsuppskattningar som inkluderar mätdata att produceras längre efter observationstiden än uppskattningarna utan mätare. Som ett resultat, även om uppskattningar som inkluderar mätdata kan ge en mer exakt bild av den "sanna" nederbörden, är de i allmänhet inte lämpliga för tillämpningar i realtid eller nära realtid.

Det beskrivna arbetet har resulterat i en mängd olika datauppsättningar som har olika format, tids-/rymdnät, inspelningsperioder och täckningsregioner, datauppsättningar och analysprocedurer, samt många olika former av datavärvsversionsbeteckningar. I många fall är en av de moderna multisatellituppsättningarna det bästa valet för allmänt bruk.

Returperiod

Sannolikheten eller sannolikheten för en händelse med en specificerad intensitet och varaktighet kallas returperiod eller frekvens. Stormens intensitet kan förutses för vilken returperiod som helst och stormens varaktighet, från diagram baserade på historiska data för platsen. Termen 1 på 10 års storm beskriver en nederbördshändelse som är sällsynt och som sannolikt bara kommer att inträffa en gång vart tionde år, så det har en sannolikhet på 10 procent varje år. Nederbörden kommer att bli större och översvämningarna kommer att vara värre än den värsta stormen som förväntats under något enda år. Uttrycket 1 i 100 års storm beskriver en nederbörd som är extremt sällsynt och som kommer att inträffa med en sannolikhet endast en gång i seklet, så har en 1 procents sannolikhet under ett givet år. Nederbörden kommer att vara extrem och översvämningar blir värre än en av tio års händelse. Som med alla sannolikhetshändelser är det möjligt men osannolikt att ha två "1 i 100 års stormar" på ett enda år.

Ojämnt nederbördsmönster

En betydande del av den årliga nederbörden på en viss plats faller bara på några dagar, vanligtvis cirka 50% under de 12 dagar med mest nederbörd.

Roll i Köppen klimatklassificering

Uppdaterad Köppen-Geiger klimatkarta
  Af
  Am
  Aw/As
  BWh
  BWk
  BSh
  BSk
  Csa
  Csb
  Csc
  Cwa
  Cwb
  Cwc
  Cfa
  Jfr
  Jfr
  Dsa
  Dsb
  Dsc
  Dsd
  Dwa
  Dwb
  Dwc
  Dwd
  Dfa
  Dfb
  Dfc
  Dfd
  ET
  EF

Köppen -klassificeringen beror på genomsnittliga månadsvärden för temperatur och nederbörd. Den mest använda formen av Köppen -klassificeringen har fem primära typer märkta A till E. Specifikt är de primära typerna A, tropiska; B, torr; C, mild mittbredd; D, kall mittbredd; och E, polar. De fem primära klassificeringarna kan vidare indelas i sekundära klassificeringar som regnskog , monsun , tropisk savann , fuktig subtropisk , fuktig kontinentalt , oceaniskt klimat , medelhavsklimat , stäpp , subarktiskt klimat , tundra , iskappa och öken .

Regnskogar kännetecknas av hög nederbörd, med definitioner som anger minsta normala årliga nederbörd mellan 1750 och 2000 mm (69 och 79 tum). En tropisk savann är en gräsmark Biome belägen i halvtorra till semi-fuktiga klimat regioner av subtropiska och tropiska latituder, med nederbörd mellan 750 och 1270 mm (30 och 50 tum) per år. De är utbredda i Afrika och finns också i Indien, de norra delarna av Sydamerika, Malaysia och Australien. Den fuktiga subtropiska klimatzonen är där vinterregn (och ibland snöfall) förknippas med stora stormar som västligarna styr från väst till öst. De flesta sommarregn faller under åskväder och från enstaka tropiska cykloner. Fuktiga subtropiska klimat ligger på östsidans kontinenter, ungefär mellan latitud 20 ° och 40 ° grader från ekvatorn.

Ett oceaniskt (eller maritimt) klimat finns vanligtvis längs västkusten på de mellersta breddgraderna på alla världens kontinenter, som gränsar till kalla hav, liksom sydöstra Australien, och åtföljs av riklig nederbörd året runt. Medelhavsklimatregimen liknar klimatet i länderna i Medelhavsområdet, delar av västra Nordamerika, delar av västra och södra Australien, i sydvästra Sydafrika och i delar av centrala Chile. Klimatet kännetecknas av varma, torra somrar och svala, blöta vintrar. En stäpp är en torr gräsmark. Subarktiska klimat är kallt med kontinuerlig permafrost och lite nederbörd.

Påverkan på jordbruket

Beräkningar av nederbörd för södra Japan och den omgivande regionen från 20 till 27 juli 2009.

Nederbörd, särskilt regn, har en dramatisk effekt på jordbruket. Alla växter behöver åtminstone lite vatten för att överleva, därför är regn (som är det mest effektiva sättet att vattna) viktigt för jordbruket. Även om ett vanligt regnmönster vanligtvis är avgörande för friska växter, kan för mycket eller för lite nederbörd vara skadligt, till och med förödande för grödor. Torka kan döda grödor och öka erosionen, medan alltför blött väder kan orsaka skadlig svamptillväxt. Växter behöver varierande mängder nederbörd för att överleva. Till exempel kräver vissa kaktusar små mängder vatten, medan tropiska växter kan behöva upp till hundratals centimeter regn per år för att överleva.

I områden med våta och torra årstider minskar markens näringsämnen och erosionen ökar under våtsäsongen. Djur har anpassnings- och överlevnadsstrategier för den våtare regimen. Den föregående torrsäsongen leder till matbrist in i den blöta säsongen, eftersom grödorna ännu inte har mognat. Utvecklingsländer har noterat att deras populationer uppvisar säsongsbetonade viktfluktuationer på grund av matbrist som setts före den första skörden, som inträffar sent på den våta säsongen.

Förändringar på grund av den globala uppvärmningen

Ökande temperaturer tenderar att öka avdunstningen vilket leder till mer nederbörd. Nederbörden har generellt ökat över land norr om 30 ° N från 1900 till 2005 men har minskat över tropikerna sedan 1970 -talet. Globalt har det inte funnits någon statistiskt signifikant övergripande trend för nederbörd under det senaste århundradet, även om trenderna har varierat kraftigt efter region och över tid. Under 2018 drog en studie som bedömde förändringar i nederbörd över rumsliga skalor med hjälp av en högupplöst global nederbördsset på över 33+ år, slutsatsen att "Även om det finns regionala trender finns det inga tecken på ökad nederbörd på global skala som svar på den observerade globala uppvärmningen. "

Varje region i världen kommer att ha förändringar i nederbörd på grund av sina unika förhållanden. Östra delar av Nord- och Sydamerika, norra Europa och norra och centrala Asien har blivit blötare. Sahel, Medelhavet, södra Afrika och delar av södra Asien har blivit torrare. Det har skett en ökning av antalet kraftiga nederbördshändelser över många områden under det senaste århundradet, liksom en ökning sedan 1970 -talet av förekomsten av torka - särskilt i tropikerna och subtropen. Förändringar i nederbörd och avdunstning över haven föreslås av den minskade salthalten i vatten på medel- och hög latitud (vilket innebär mer nederbörd), tillsammans med ökad salthalt på lägre breddgrader (vilket innebär mindre nederbörd, mer avdunstning eller båda). Över det sammanhängande USA ökade den totala årliga nederbörden med en genomsnittlig hastighet på 6,1% per sekel sedan 1900, med de största ökningarna inom klimatregionen i östra norra centrala (11,6% per sekel) och söder (11,1%). Hawaii var den enda regionen som visade en minskning (-9,25%).

Förändringar på grund av urban värmeö

Bild på Atlanta, Georgia , som visar temperaturfördelning, med heta områden som verkar vita

De urbana värme ö värmer städer 0,6-5,6 ° C (1.1 till 10,1 ° F) över omgivande förorter och på landsbygden. Denna extra värme leder till större rörelse uppåt, vilket kan orsaka ytterligare dusch och åskväderaktivitet. Nedbördstakten i städernas ökning är mellan 48% och 116%. Delvis som en följd av denna uppvärmning är månatlig nederbörd cirka 28% större mellan 32 till 64 kilometer (20 till 40 mi) medvind i städer, jämfört med motvind. Vissa städer orsakar en total nederbördshöjning på 51%.

Prognos

Exempel på en femdagars nederbördsprognos från Hydrometeorological Prediction Center

Den kvantitativa nederbördsprognosen (förkortad QPF) är den förväntade mängden flytande nederbörd som ackumuleras under en viss tidsperiod över ett visst område. En QPF kommer att specificeras när en mätbar nederbördstyp som når ett minimitröskelprognos för varje timme under en QPF -giltig period. Nederbördsprognoser tenderar att vara bundna av synoptiska timmar som 0000, 0600, 1200 och 1800 GMT . Terräng betraktas i QPF genom användning av topografi eller baserat på klimatologiska nederbördsmönster från observationer med fina detaljer. Från mitten till slutet av 1990 -talet användes QPF inom hydrologiska prognosmodeller för att simulera påverkan på floder i hela USA. Prognosmodeller visar betydande känslighet för luftfuktighetsnivåer inom planetgränsskiktet eller i de lägsta nivåerna i atmosfären, vilket minskar med höjden. QPF kan genereras på ett kvantitativt, prognostiserat belopp eller en kvalitativ, som förutsäger sannolikheten för ett specifikt belopp , bas. Prognostekniker för radarbilder visar högre skicklighet än modellprognoser inom sex till sju timmar efter radarbildens tid. Prognoserna kan verifieras med hjälp av regnmätare , väderradaruppskattningar eller en kombination av båda. Olika färdighetspoäng kan bestämmas för att mäta värdet av nederbördsprognosen.

Se även

Referenser

externa länkar