大氣科學(xué)導(dǎo)論第四講-閱讀頁
2024-10-19 15:30本頁面
【正文】 0 凝結(jié)核的作用 ? 根據(jù) Kelvin公式，純凈水很難形成云滴或雨滴，因為大氣中的相對濕度很少超過 101% （過飽和度 1%）。 ? 如右圖所示的是，如果在空氣中加入 NaCl充當(dāng)凝結(jié)核，即使在過飽和度很低的情況下，水滴便可以增長。 ? 小于 粒子對云滴的形成并不重要，當(dāng)不可溶性氣溶膠粒子的半徑大于 ，其表面在高過飽和度的情況下可能變濕而成為凝結(jié)核。 52 凝結(jié)增長的極限 ? 理論分析表明，其增長速率與水汽的過飽和度成正比，和云滴半徑成反比，粗略地講，我們有右邊的關(guān)系。 ? 從右圖可以看出，云滴直徑到 20181。 %1 0 0): ??seeSrSdtdr1過飽和度（53 碰并增長 ? 所以，要增長到直徑大于 200181。目前知道的主要是 重力碰并過程 和 冰水轉(zhuǎn)換過程 這兩種。太小的水滴因下降速度太小在到達地面之前已被完全蒸發(fā)。如果空氣還有垂直運動，則雨滴相對于地面的下落速度是末速度和垂直運動速度之差。 55 重力碰并增長 ? 由于大雨滴的下落末速度大于云滴，在雨滴下落的過程中可以掃過一定體積，把其中的云滴都碰并進去，使雨滴增大。而雨滴大了，碰并增大也更快。 56 雨滴的形狀 ? 雨滴的形狀是隨其大小和下落末速度而變的。 ? 當(dāng)雨滴相對于空氣有運動時，它會受到空氣的阻力。最初是變扁，但隨著雨滴的增大，下落末速度也增大，雨滴越來越扁，甚至底部凹進去。 “ 碰 ”是研究小云滴能否碰到大雨滴。 ? 要開始啟動重力碰并，必須要有一批初始的大水滴，這些水滴的末速度較大，有機會撲捉速度小的小水滴。這種狀態(tài)稱為膠性穩(wěn)定。這是當(dāng)前暖云人工增雨的基本出發(fā)點之一。 58 雨滴需要足夠的增長時間 ? 但是，問題是雨滴變大后，下降末速度也大。 ? 因此要形成大雨滴還需要在云中停留足夠長的時間，這就要靠上升速度的配合了。 ? 因為層云的厚度一般較薄，供雨滴增長的時間有限，所以層云降水的雨滴一般較小，降水量也較少。 60 科學(xué)趣聞 ? 第一個解釋云是由于濕空氣絕熱冷卻形成的人是詩人Erasmus Darwin， Charles Darwin的父親。 ? James Pollard Espy（ 17851860)最初學(xué)習(xí)法律，后來改行成為一個氣象學(xué)家，他首先意識到了形成云的過程中潛熱釋放的重要性，他也根據(jù)實驗資料估計了干空氣和飽和濕空氣垂直遞減率。在這些云中混有過冷水滴和冰晶，這樣的云被稱為 冷云 。 62 過冷卻水 (supercooled liquid water) ? 為什么在低于 0℃ 時仍有液態(tài)水存在？這和前面講的一樣，在沒有凝結(jié)核的情況下，甚至在 20℃ 時，仍有液態(tài)水存在，這種在 0℃ 以下仍能夠存在的液態(tài)水叫做 過冷卻水 （ 純凈的冰雖然在 0℃ 時開始融化，但純凈水在 0℃ 以下卻不會結(jié)冰 ）。m的云滴在 36℃ 才形成冰， 1個直徑 2181。 ? 一般來說，在 40℃ 以下溫度，云完全由冰晶組成。在 120C時，差別最大，約 。這樣，水滴會不斷蒸發(fā)，而冰晶會迅速增長，這就是冰水轉(zhuǎn)化過程。 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。 ? 這里，適當(dāng)?shù)谋?shù)量十分重要。 ? 貝吉龍過程是冷云、混合云人工增雨和消雨的理論基礎(chǔ)。大冰晶在下落到暖云區(qū)后會溶解成大水滴，通過重力碰并增長為雨滴。那里溫度很低，冰核的活化率很高，有比較多的冰晶。冰晶從高云落到中云，那里是混合云，冰晶不多。 第一個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。 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。用過尿素、水泥等。 ? 對冷云和混合云的催化是播撒冰核?？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)。但若混有大量的塵?；蚱渌镔|(zhì)，也可能下有顏色的雨。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入雨水。 ? 最基本冰晶形狀有板狀、柱狀、星狀和針狀。 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，它們會凍成凍雨，一種硬的圓形冰粒。它們著地會反彈，并發(fā)出聲音。這時它們會附著在各種物體上，形成閃閃發(fā)光的冰掛，很美麗。有的是橢圓形的，大部分是不規(guī)則的。有人說有磨盤那么大，但沒有證據(jù)。 81 冰雹的結(jié)構(gòu) 82 冰雹的形成機制 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。 冰雹的中心都有一個核心，稱為雹胚。冰雹就是在它的基礎(chǔ)上通過碰并增長而形成的。相對濕度 100% 意思是什么 ? 1. 輻射霧和平流霧的形成機制分別是什么？ 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。 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。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。 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)
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