Warmer Regen und Kollisions-Koaleszenz

Wie Regen in Wolken, die wärmer als der Gefrierpunkt sind, durch die Kollision und das Verschmelzen von flüssigen Tröpfchen entsteht.

Definition

Der Warmer-Regen-Prozess ist die Bildung von Niederschlag in Wolken oberhalb der Gefriergrenze durch die gravitative Kollision und Koaleszenz von flüssigen Wassertröpfchen zu Regentropfen.

Scope

Behandelt die Grenzen des Kondensationswachstums, die Endfallgeschwindigkeiten von Tröpfchen, die Kollisionseffizienz und Koaleszenzeffizienz, die kontinuierlichen und stochastischen Sammelgleichungen, die Verbreiterung der Tröpfchengrößenverteilungen und die Bedingungen, unter denen warme Wolken Regen erzeugen.

Core questions

• Warum ist Kondensation allein zu langsam, um Regentropfen zu erzeugen?
• Wie ermöglichen Unterschiede in der Fallgeschwindigkeit größeren Tröpfchen, kleinere zu sammeln?
• Was bestimmt, ob eine warme Wolke regnen wird?

Key theories

Kollisions-Koaleszenz-Wachstum

Größere Tröpfchen fallen schneller und fangen kleinere ein, wachsen durch Sammlung mit einer Rate, die mit der Größe zunimmt und den schnellen Übergang von Wolkentropfen zu Regentropfen erklärt.

Mechanisms

Das Kondensationswachstum verengt das Tröpfchenspektrum und stagniert bei Nieselregen-Größen, da die Rate mit zunehmender Tröpfchengröße abnimmt. Niederschlag erfordert Sammlung: Größere Tröpfchen mit höheren Endgeschwindigkeiten überholen und kollidieren mit kleineren Tröpfchen, und ein Teil der Kollisionen führt zur Koaleszenz. Der Sammelprozess ist selbstbeschleunigend, sodass Tröpfchen, sobald sie eine kritische Größe von einigen zehn Mikrometern erreichen, schnell zu Regentropfen heranwachsen. Stochastische Variationen bei der Sammlung tragen zur Verbreiterung des Spektrums bei und lösen diesen Beginn aus.

Clinical relevance

Die Physik des warmen Regens steuert den Niederschlag aus tropischen und maritimen Wolken und ist zentral für die Bewertung der Anfälligkeit von Wolken gegenüber Aerosolverschmutzung und für die Impfung warmer Wolken.

History

Die Erkenntnis, dass Kollision und Koaleszenz und nicht Kondensation Regen in warmen Wolken erzeugen, entwickelte sich Mitte des 20. Jahrhunderts, wobei der stochastische Sammelrahmen frühere Modelle des kontinuierlichen Wachstums verfeinerte.

Key figures

• Roddy Rogers
• Hans Pruppacher

Seminal works

• rogers1989
• pruppacher1997

Frequently asked questions

Warum kann Kondensation allein keinen Regen erzeugen?

Das Kondensationswachstum verlangsamt sich, wenn die Tröpfchen größer werden, und würde viel zu lange dauern, um Regentropfengröße zu erreichen; Kollision und Koaleszenz sorgen für das viel schnellere Wachstum, das zur Regenbildung erforderlich ist.