大氣科學(xué)導(dǎo)論第四講(參考版)
2024-10-11 15:30本頁面
【正文】 你能否從輻射平衡和水汽溫室效應(yīng)的觀點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%） 。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 ,)。 4. 畫出形成雨、雪、凍雨時的垂直溫度廓線圖，并解釋為什么？ 84 思考題： 1. 一個關(guān)于全球變化的問題。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條件。 83 作業(yè)： 1. 給出絕對濕度、比濕、混合率、相對濕度、露點溫度 的定義。它們可能是一個霰顆粒。積雨云高層的冰晶提供冰雹胚胎，而且，積雨云中強的上升氣流使得冰晶在云中停留的時間較長，最終結(jié)為冰雹。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。 ? 冰雹的直徑大于 5mm，最大是多少，沒有一定的說法。 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。 ? 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，它們會以過冷水的形式達到地面。一般是透明的，直徑約 5mm。 ? 各種形狀冰晶是和它形成時環(huán)境的溫度濕度條件有關(guān)的。 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)時晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。 ? 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。最常用的是 AgI（ Vonnegut, 1947） 71 酸雨 ? 一般來說，雨是透明的。有二條路經(jīng)：在云中制造一個低于 400C的空間，自然形成大量冰核。 ? 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。上個世紀 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進一步完善了該理論，所以，冰晶增長過程有時也被稱為 WegenerBergeronFindeisen過程。外來冰晶可以通過貝吉龍過程長大，最后形成降水。若云的溫度低于 40℃ 則水滴可以自動的凍結(jié)了。 ? 高云常常是冰晶的來源。 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)幾個冰晶上，讓它們很快增大。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。 ? 要通過貝吉龍過程得到大雨滴，要有幾個條件：足夠的過冷卻水滴；適當(dāng)數(shù)量的冰晶。 ? 瑞典科學(xué)家貝吉龍（Bergeron）最先提出這一機制，現(xiàn)被稱為貝吉龍過程。 64 Bergeron過程 ? 在水滴和冰晶同時存在的條件下，空氣中的水汽壓會調(diào)整到相對于冰面是過飽和而對水面是不飽和。 63 冰水混合時情形 ? 在零度以下很大的溫度范圍中，水面的飽和水汽壓要高于冰面的飽和水汽壓。 m的云滴在 40℃ 才能形成冰。 ? 另外，水滴越小，其結(jié)冰的溫度越低， 1個直徑25181。 ? 右圖所示的是積雨云中的溫度、冰、水分布。 61 冰晶增長過程 ? 有些云存在于較高的層次，那里的溫度低于 0℃ 。 ? John Dalton（ 1793）認為云包含大量不停地下落的水滴；在 1850年， James Pollard Espy提出了上升氣流可以使云滴懸浮在空中。 ? 積云厚度較大，相應(yīng)的上升速度也較大，雨滴在云中停留的時間較長，所以積云降水的雨滴較大，降水量也較大。 59 暖云降水 ? 以上我們所講的都是液態(tài)云滴變?yōu)橛甑蔚倪^程，也就是說云層溫度在 0℃ 以上，這些云被稱之為 暖云 。如果雨滴很快地落出云底，碰并增長就不能再繼續(xù)了，反而要開始蒸發(fā)了。 ? 重力碰并過程不僅是暖云中雨滴形成的主要過程，也是冰晶碰并形成霰和雪團，甚至是冰雹形成的重要過程。 ? 為了打破膠性穩(wěn)定狀態(tài)，向云中加入一些大滴，這可以直接播撤水滴、大鹽粒或其它吸濕性核。若所有水滴都一樣大小，他們末速度幾乎相同，誰也碰不到誰，降水就難以形成。 “ 并 ” 是研究滴碰上了是否能合并，因為滴還有表面張力的問題。 57 碰并過程 ? 雨滴的重力碰并增長過程包含有 “ 碰 ” 和 “ 并 ” 2個過程。雨滴不同部位受到的阻力是不同的，這導(dǎo)致雨滴的變形。小雨滴應(yīng)當(dāng)是球形的（不是淚滴形的 ），這是表面張力作用的結(jié)果。這樣，雨滴是越長越快。 ? 重力碰并是一個正反饋的過程，即雨滴越大，單位時間掃過的云體積也大，能碰并進來的云水就大，雨滴增大就快。 54 空氣中各種粒子的末速度 一個物體在空氣的浮力、摩擦力和重力作用下下落，經(jīng)過足夠長的時間后，其下落速度接近于一個常數(shù)，該速度稱之為該物體的 末速度 。 ? 在靜止大氣中，雨滴在下落過程的末速度是重力和空氣阻力平衡的結(jié)果。 ? 另外，要形成降水，水滴還必須具有足夠的速度，這樣它的下落末速度才會足夠大，使它能下落到地面還沒有完全蒸發(fā)完。 m以上的雨滴，只有凝結(jié)增長的過程是不夠的，還必須依靠其它過程。m以后，幾乎不長了。 ? 因此，在凝結(jié)開始時，由于凝結(jié)核大小不同，剛形成的云滴大小也有差別，但增長到一定大小后，云滴的大小幾乎都一樣了。 ? 右表給出的是大氣中典型的粒子分布。 51 凝結(jié)核的作用 ? 可
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