Nucléation des gouttelettes nuageuses
Comment la vapeur d'eau se condense sur les particules d'aérosol pour former la population initiale de gouttelettes nuageuses.
Definition
La nucléation des gouttelettes nuageuses est le processus par lequel la vapeur d'eau se condense sur une particule d'aérosol et la gouttelette de solution résultante dépasse une taille critique pour devenir une gouttelette nuageuse activée.
Scope
Couvre la nucléation homogène et hétérogène, l'effet de courbure de Kelvin et l'effet de soluté de Raoult, la théorie de Köhler et la sursaturation critique pour l'activation, la dépendance de l'activation à la taille et à la composition des particules, ainsi que le rôle des aérosols hygroscopiques en tant que noyaux de condensation nuageuse.
Core questions
- Pourquoi les nuages ne peuvent-ils pas se former par condensation spontanée dans l'atmosphère ?
- Comment la courbure et le soluté dissous entrent-ils en compétition pour établir le seuil d'activation ?
- Quelles particules d'aérosol sont les plus efficaces en tant que noyaux de condensation nuageuse ?
Key theories
- Théorie de Köhler
- La théorie de Köhler combine l'effet Kelvin, qui augmente la pression de vapeur d'équilibre au-dessus des surfaces courbes, avec l'effet de soluté, qui la diminue, pour prédire la sursaturation critique à laquelle une particule s'active.
Mechanisms
La formation de gouttelettes d'eau pure est inhibée par l'effet Kelvin, qui rend la pression de vapeur d'équilibre au-dessus d'une minuscule gouttelette très élevée. Les gouttelettes atmosphériques se forment plutôt sur des particules d'aérosol hygroscopiques dont le soluté dissous abaisse la pression de vapeur d'équilibre. La compétition entre ces effets, décrite par la courbe de Köhler, donne un rayon critique et une sursaturation critique ; les particules qui atteignent ce point s'activent et croissent librement en tant que gouttelettes nuageuses, tandis que les particules de brume plus petites restent en équilibre stable.
Clinical relevance
L'activation des gouttelettes relie l'abondance des aérosols au nombre de gouttelettes nuageuses et, par conséquent, à la luminosité et à la durée de vie des nuages, ce qui constitue la base de l'effet indirect des aérosols sur le climat.
History
Hilding Köhler a formulé la théorie de l'équilibre des gouttelettes de solution en 1936, fournissant le cadre quantitatif pour l'activation des gouttelettes qui demeure le fondement des études sur la nucléation des nuages.
Key figures
- Hilding Kohler
- Hans Pruppacher
Related topics
Seminal works
- kohler1936
- pruppacher1997
Frequently asked questions
- Qu'est-ce que la sursaturation critique ?
- La sursaturation critique est le sommet de la courbe de Köhler ; une fois que la sursaturation ambiante la dépasse, une particule d'aérosol s'active et sa gouttelette croît sans limite plutôt que de rester en équilibre.