Physique des nuages et des précipitations
Les processus microphysiques par lesquels la vapeur d'eau forme des gouttelettes nuageuses et des cristaux de glace, et se développe en pluie, neige et grêle.
Definition
La physique des nuages et des précipitations est l'étude de la formation, de la croissance et de la chute des hydrométéores liquides et glacés dans l'atmosphère à l'échelle des particules individuelles.
Scope
Ce domaine couvre la nucléation des gouttelettes nuageuses sur les particules d'aérosols, la croissance des gouttelettes par condensation et par collision-coalescence, la formation et la croissance des cristaux de glace, les processus en phase mixte incluant le givrage (riming) et l'agrégation, le rôle des noyaux de condensation nuageuse et des noyaux glaçogènes, et la transition des particules nuageuses vers les précipitations.
Sub-topics
Core questions
- Comment les gouttelettes nuageuses se forment-elles sur les particules d'aérosols ?
- Par quels processus les gouttelettes et les cristaux deviennent-ils suffisamment grands pour tomber sous forme de précipitations ?
- Comment la glace et le liquide coexistent-ils et interagissent-ils dans les nuages en phase mixte ?
Key theories
- Théorie de Köhler de l'activation des gouttelettes
- Combinant les effets de courbure (Kelvin) et de soluté (Raoult), la théorie de Köhler prédit la sursaturation critique à laquelle une particule de brume s'active en une gouttelette nuageuse en croissance.
- Collision-coalescence et processus de Bergeron
- Les précipitations se forment soit par la collision et la fusion de gouttelettes plus grandes dans les nuages chauds, soit par la croissance de cristaux de glace aux dépens de gouttelettes surfondue dans les nuages froids.
Mechanisms
La vapeur d'eau se condense sur les noyaux de condensation nuageuse une fois que la sursaturation dépasse la valeur critique donnée par la théorie de Köhler, produisant une population de petites gouttelettes. Celles-ci croissent d'abord par diffusion de vapeur, puis, plus rapidement, par collision et coalescence gravitationnelles. Dans les nuages plus froids, les cristaux de glace se nucléent sur les noyaux glaçogènes ou par congélation des gouttelettes et croissent par dépôt de vapeur en présence d'eau surfondue (le processus de Wegener-Bergeron-Findeisen), par givrage (riming) et par agrégation, formant finalement de la neige, du grésil (graupel) ou de la grêle.
Clinical relevance
La microphysique des nuages régit l'efficacité des précipitations, les propriétés radiatives des nuages et les interactions aérosols-nuages, ce qui la rend essentielle pour la prévision météorologique, les estimations de la sensibilité climatique et les évaluations de l'ensemencement des nuages.
History
La théorie des cristaux de glace de la précipitation a été proposée par Wegener et développée par Bergeron et Findeisen dans les années 1930, tandis que la théorie de Köhler de 1936 expliquait l'activation des gouttelettes. Le domaine a été synthétisé dans la monographie exhaustive de Pruppacher et Klett, une référence standard depuis les années 1970.
Key figures
- Tor Bergeron
- Hilding Kohler
- Hans Pruppacher
Related topics
Seminal works
- pruppacher1997
- rogers1989
Frequently asked questions
- Pourquoi la plupart des gouttes de pluie aux latitudes moyennes commencent-elles sous forme de glace ?
- Dans les nuages froids, le processus de Wegener-Bergeron-Findeisen permet aux cristaux de glace de croître rapidement aux dépens des gouttelettes surfondue ; les cristaux tombent, fondent et atteignent le sol sous forme de pluie.