大氣科學(xué)導(dǎo)論第四講-資料下載頁
2024-10-09 15:30本頁面
【正文】 是不飽和。這樣，水滴會(huì)不斷蒸發(fā)，而冰晶會(huì)迅速增長，這就是冰水轉(zhuǎn)化過程。 ? 瑞典科學(xué)家貝吉龍（Bergeron）最先提出這一機(jī)制，現(xiàn)被稱為貝吉龍過程。 65 Bergeron過程 ? Bergeron過程的結(jié)果是冰晶增大，周圍的過冷卻水滴縮小。 ? 要通過貝吉龍過程得到大雨滴，要有幾個(gè)條件：足夠的過冷卻水滴；適當(dāng)數(shù)量的冰晶。 ? 這里，適當(dāng)?shù)谋?shù)量十分重要。完全沒有或冰晶太少，無法形成足夠數(shù)量的降水粒子；冰晶太多，誰都長不大，也形成不了降水。 ? 貝吉龍過程是冷云、混合云人工增雨和消雨的理論基礎(chǔ)。 66 Bergeron過程 ? 通過貝吉龍過程，可以把大量過冷卻水滴集中到少數(shù)幾個(gè)冰晶上，讓它們很快增大。大冰晶在下落到暖云區(qū)后會(huì)溶解成大水滴，通過重力碰并增長為雨滴。 ? 高云常常是冰晶的來源。那里溫度很低，冰核的活化率很高，有比較多的冰晶。若云的溫度低于 40℃ 則水滴可以自動(dòng)的凍結(jié)了。冰晶從高云落到中云，那里是混合云，冰晶不多。外來冰晶可以通過貝吉龍過程長大，最后形成降水。 第一個(gè)提出冰晶增長是由于冰晶和過冷卻水的飽和水汽壓之間的差別的人是德國氣候和地質(zhì)學(xué)家 Alfred Wegener（ 18801930），也是他提出了大陸漂移說。上個(gè)世紀(jì) 30年代早期，瑞典氣象學(xué)家 Tor Bergeron完善了這一理論，后來，德國德國氣象學(xué)家 Walter Findeisen進(jìn)一步完善了該理論，所以，冰晶增長過程有時(shí)也被稱為 WegenerBergeronFindeisen過程。 67 冰晶降水過程的幾種可能情況 吸附液態(tài)水滴 成為大的冰晶 大的冰晶碰撞而 破碎成小的冰晶 冰晶碰撞站在一起 形成雪片 68 卷云的冰晶成為降水的種子 69 低與高液態(tài)水云中冰晶作用產(chǎn)生的降水 70 人工降雨 ? 如果云中有必要的水汽供應(yīng)，但因缺乏初始的大滴或冰晶，無法啟動(dòng)降水的形成，則可以通過人工播撒來改變膠性穩(wěn)定的狀況。 ? 對暖云是直接播撒能形成大滴的物質(zhì)，如水滴、鹽粉或其它吸濕性物質(zhì)的粉沫。用過尿素、水泥等。 ? 如果在暖云之上還有混合云，而且混合云中有足夠的過冷水，則可以在混合云中增加冰晶，讓它通過貝吉龍過程長大后掉到暖云中變?yōu)榇蟮巍? ? 對冷云和混合云的催化是播撒冰核。有二條路經(jīng)：在云中制造一個(gè)低于 400C的空間，自然形成大量冰核?？梢圆ト龈杀蛞旱?Schaefer 1946）；播撒和冰晶晶體結(jié)構(gòu)相近的物質(zhì)。最常用的是 AgI（ Vonnegut, 1947） 71 酸雨 ? 一般來說，雨是透明的。但若混有大量的塵埃或其它物質(zhì)，也可能下有顏色的雨。 ? 如果雨水中溶解有大量的致酸物質(zhì)，雨水可能偏酸性，形成酸雨。致酸物質(zhì)可以通過成云過程、成雨過程和云下沖刷過程進(jìn)入雨水。 72 雪花的形狀 ? 雪花有各種各樣的形狀，它們基本上是六角形結(jié)構(gòu)，這和水凍結(jié)時(shí)晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。 ? 最基本冰晶形狀有板狀、柱狀、星狀和針狀。 ? 各種形狀冰晶是和它形成時(shí)環(huán)境的溫度濕度條件有關(guān)的。 73 雪花的形狀 74 冰晶的形狀 75 凍雨 ? 如果雪片在溶解成雨滴后又遇見一層溫度很底的層次，它們會(huì)凍成凍雨，一種硬的圓形冰粒。一般是透明的，直徑約 5mm。它們著地會(huì)反彈，并發(fā)出聲音。 ? 如果底層空氣溫度還不能使雨滴凍起來，或冷的層次不夠厚，它們會(huì)以過冷水的形式達(dá)到地面。這時(shí)它們會(huì)附著在各種物體上，形成閃閃發(fā)光的冰掛，很美麗。 76 凍雨形成的溫度層結(jié) 77 凍雨形成冰掛 —美麗 “ 凍人 ” 78 但對輸電線路，這種冰掛可能造成重大的事故 79 雨，雪 和凍雨形成的垂直溫度分布特征 80 冰雹 ? 冰雹是冰塊，有透明的，不透明的，還有一層層交替的。有的是橢圓形的，大部分是不規(guī)則的。 ? 冰雹的直徑大于 5mm，最大是多少，沒有一定的說法。有人說有磨盤那么大，但沒有證據(jù)。美國記錄 1970年 9月在Coffeyville， Kansas 冰雹重量 757克， 14cm；加拿大 1973年8月在 Cedoux， Saskatchewan 冰雹重量 290克， 10cm。 81 冰雹的結(jié)構(gòu) 82 冰雹的形成機(jī)制 冰雹都產(chǎn)生在發(fā)展旺盛的積雨云中，通過碰并增長形成。積雨云高層的冰晶提供冰雹胚胎，而且，積雨云中強(qiáng)的上升氣流使得冰晶在云中停留的時(shí)間較長，最終結(jié)為冰雹。 冰雹的中心都有一個(gè)核心，稱為雹胚。它們可能是一個(gè)霰顆粒。冰雹就是在它的基礎(chǔ)上通過碰并增長而形成的。 83 作業(yè)： 1. 給出絕對濕度、比濕、混合率、相對濕度、露點(diǎn)溫度 的定義。相對濕度 100% 意思是什么 ? 1. 輻射霧和平流霧的形成機(jī)制分別是什么？ 2. 云滴和雨滴的主要差別是什么？描述曲率效應(yīng)、凝結(jié)核在云滴形成和增長過程所起的作用。為什么凝結(jié)增長不足以使云滴變成雨滴？請描述云滴形成雨滴的重力碰并過程，并給出通過碰并過程形成大雨滴的兩個(gè)條件。 3. 什么是過冷卻水？ Bergeron過程的基本原理是什么？請描述通過 Bergeron過程形成雨滴或雪的過程。 4. 畫出形成雨、雪、凍雨時(shí)的垂直溫度廓線圖，并解釋為什么？ 84 思考題： 1. 一個(gè)關(guān)于全球變化的問題。隨著工業(yè)化的發(fā)展，人類向大氣中排放的氣溶膠粒子越來越多，請談一談這些氣溶膠粒子在全球氣候變化中的作用。有興趣的話，請參考刊登在Science Magazine的一篇綜述文章（已放在網(wǎng)上 ,)。 2. 有證據(jù)表明在 30億年前，金星、地球和火星多存在液態(tài)水，但是現(xiàn)在，金星已沒有液態(tài)水，火星則完全被冰封，只有地球上有液態(tài)水。你能否從輻射平衡和水汽溫室效應(yīng)的觀點(diǎn)定性地解釋這是為什么？ （ 30億年前太陽的輻射只有現(xiàn)在的 70%）
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