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1、云滴的凝结增长云滴的凝结增长汇报人:目录1相关概念2 凝结增长过程3 曲面效应4 总结1相关概念相关概念云滴的凝结增长定义:指水汽分子凝结(凝华)在云滴(冰晶)表面上,使云滴(冰晶)增长的过程。相关概念:相关概念:在云的形成和发展阶段,由于云体继续上升绝热冷却,云内维持一定的过饱和,云滴便能借凝结而增长。同时,云滴之间存在饱和水汽压的差异,也能使部分云滴处于过饱和状态,发生凝结。2凝结增长过程凝结增长过程云滴的凝结增长有3种不同的模式,过冷水(冰晶)凝结、大小水滴凝结、冷暖水滴凝结。1过冷水(冰晶)凝结:过冷水(冰晶)凝结: 在云层内部有过冷水滴和冰晶并存时,因为冰晶的饱和水汽压较低,冰晶会不
2、断因凝结而增大。 在没有杂质(冰核)的过冷水中,冰相的生成(水由气态或液态转化为固态)是由水分子自发聚集而向冰状结构转化的过程。聚集在一起的水分子簇,由于分子热运动起伏(脉动)的结果,不断形成和消失。分子簇出现的概率随温度的降低而增大。当分子簇的大小超过某临界值时,就能继续增大而形成初始冰晶胚胎。 直径为几微米的纯净水滴,只有在温度低于-40时才会自发冻结;但当过冷水中存在杂质(冰核)时,在杂质表面力场的作用下,分子簇更容易形成冰晶胚胎。 自然云中冰晶的生成,主要依赖于杂质(冰核)的存在。在-20时,每升空气中约有一个冰核,仅为同体积中云凝结核浓度的几十万分之一。因此云中冰晶的浓度,一般远远小
3、于水滴的浓度。2大小水滴凝结:大小水滴凝结:云凝结核可分成两类:亲水性物质的大粒子,它不溶于水,但能吸附水汽,在其表面形成一层水膜,相当于一个较大的纯水滴;含有可溶性盐的气溶胶微粒。它能吸收水汽而成为盐溶液滴,属吸湿性核。例如海盐的饱和水溶液,只要环境相对湿度高于78%,就可以凝结增大。 随着凝结水量的增加,溶液滴的浓度越来越小,所要求的饱和水汽压也越高。但是,随着凝结水量的增加,溶液滴的大小也随着增大,所要求的饱和水汽压又随大小的增大而降低。因此,不同浓度和不同大小的溶液滴要求的饱和水汽压值各不相同,当环境水汽压大于相应的临界值时,溶液滴即可继续增长,随着液滴大小的增大,溶液滴渐趋纯水滴,这
4、时溶液滴的饱和水汽压也转而下降,一个含千亿分之一克食盐的微粒,只要环境的相对湿度略大于100%,即可成为凝结核而生成云滴。3冷暖水滴凝结:冷暖水滴凝结:冷暖云层混合时,冷云滴的温度较低,饱和水汽压也较低,周围的暖云滴不断的蒸发,冷云滴会不断的凝结增长。3曲面效应曲面效应当云滴维持在一定的粒径时,云滴表面的蒸发与凝结达到平衡,此时云滴表面的饱和水汽压称为平衡水汽压。云滴表面为曲面,具有曲面效应,其平衡水汽压比平的水面的平衡水汽压高(见下图)。下图左侧两图所示的是平面和曲面液态水对水分子的吸附力比较,相对于平面的液态水,曲面水滴的水分子吸附力差,蒸发能力较强。右侧两图所示的是大小水滴表面水分子的排
5、列和吸附力状况,相对于小水滴,大水滴更趋近于平面状况,水分子之间的吸附力较大,不易蒸发。凝结增长的速率与水汽的过饱和度成正比,与云滴的半径成反比。凝结刚开始的时候由于凝结核的大小不同,刚形成的云滴大小也有差别,但增长到一定大小后,云滴的大小就几乎都一样了。从下图可以看出,云滴的直径到达20微米以后,几乎不长了。4总结总结云中空气上升而膨胀冷却时,水汽不断凝结。在凝结过程中,云滴半径的增长速度和云中水汽的过饱和度成正比,与云滴本身的大小成反比。所以在确定的水汽条件下,云滴凝结增长越来越慢。在0.05%的过饱和条件下,一个由质量为十亿分之一克食盐生成的初始云滴,从半径为0.75微米开始,增长到1微米时需要0.15秒的时间,增长到10微米时需30分钟,而增长到30微米时,就需要四小时以上的时间。虽然水汽在少数大吸湿核上凝结之后,可产生大的云滴,但如果要它继续增长到半径为100微米的毛毛雨,就需要更长的时间,而积云本身的生命大约只有一小时,故在上述情况下不可能形成雨滴
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