فيزياء السحب والهطول
العمليات الميكروفيزيائية التي يتشكل بها بخار الماء في قطرات سحابية وبلورات جليدية وينمو ليصبح مطرًا وثلجًا وبَرَدًا.
Definition
فيزياء السحب والهطول هي دراسة تكوين ونمو وتساقط الهيدروميتورات السائلة والجليدية في الغلاف الجوي على مستوى الجسيمات الفردية.
Scope
يغطي هذا المجال تنوي قطرات السحب على جزيئات الهباء الجوي، ونمو القطرات بالتكثف وبالتصادم والاندماج، وتكوين ونمو البلورات الجليدية، وعمليات الطور المختلط بما في ذلك التراكم الجليدي والتكتل، ودور تكثف السحب ونوى الجليد، والانتقال من جسيمات السحب إلى الهطول.
Sub-topics
Core questions
- كيف تتشكل قطرات السحب على جزيئات الهباء الجوي؟
- بأي عمليات تنمو القطرات والبلورات لتصبح كبيرة بما يكفي لتتساقط كهطول؟
- كيف يتعايش الجليد والسائل ويتفاعلان في السحب ذات الطور المختلط؟
Key theories
- نظرية كوهلر لتنشيط القطرات
- بدمج تأثيرات الانحناء (كلفن) والمذاب (راؤول)، تتنبأ نظرية كوهلر بالتشبع الفائق الحرج الذي تنشط عنده جسيمات الضباب لتصبح قطرة سحابية نامية.
- التصادم والاندماج وعملية بيرجيرون
- يتشكل الهطول إما عن طريق تصادم واندماج القطرات الأكبر في السحب الدافئة أو عن طريق نمو البلورات الجليدية على حساب القطرات فائقة التبريد في السحب الباردة.
Mechanisms
يتكثف بخار الماء على نوى تكثف السحب بمجرد أن تتجاوز حالة التشبع الفائق القيمة الحرجة التي تحددها نظرية كوهلر، مما ينتج عنه مجموعة من القطرات الصغيرة. تنمو هذه القطرات أولاً عن طريق انتشار البخار، ثم، وبشكل أسرع، عن طريق التصادم الاندماجي الجاذبي. في السحب الأكثر برودة، تتكون البلورات الجليدية على نوى الجليد أو عن طريق تجمد القطرات وتنمو عن طريق ترسب البخار في وجود الماء فائق التبريد (عملية فيجنر-بيرجيرون-فيندايزن)، وعن طريق التراكم الجليدي وعن طريق التكتل، لتشكل في النهاية الثلج أو البرد الناعم أو البَرَد.
Clinical relevance
تحكم فيزياء السحب الدقيقة كفاءة الهطول، والخصائص الإشعاعية للسحب، والتفاعلات بين الهباء الجوي والسحب، مما يجعلها محورية في التنبؤ بالطقس، وتقديرات حساسية المناخ، وتقييمات تلقيح السحب.
History
اقترح فيجنر نظرية البلورات الجليدية للهطول وطورها بيرجيرون وفيندايزن في ثلاثينيات القرن الماضي، بينما فسرت نظرية كوهلر عام 1936 تنشيط القطرات. تم تجميع هذا المجال في دراسة بروباشر وكليت الشاملة، والتي تعد مرجعًا قياسيًا منذ سبعينيات القرن الماضي.
Key figures
- Tor Bergeron
- Hilding Kohler
- Hans Pruppacher
Related topics
Seminal works
- pruppacher1997
- rogers1989
Frequently asked questions
- لماذا تبدأ معظم قطرات المطر في خطوط العرض الوسطى كجليد؟
- في السحب الباردة، تسمح عملية فيجنر-بيرجيرون-فيندايزن للبلورات الجليدية بالنمو بسرعة على حساب القطرات فائقة التبريد؛ تتساقط البلورات وتذوب وتصل إلى الأرض كمطر.