Fisika Awan dan Presipitasi

Proses mikrofisika di mana uap air membentuk tetesan awan dan kristal es serta tumbuh menjadi hujan, salju, dan hujan es.

Definition

Fisika awan dan presipitasi adalah studi tentang pembentukan, pertumbuhan, dan jatuhnya hidrometeor cair dan es di atmosfer pada skala partikel individual.

Scope

Area ini mencakup nukleasi tetesan awan pada partikel aerosol, pertumbuhan tetesan melalui kondensasi dan tumbukan serta koalesensi, pembentukan dan pertumbuhan kristal es, proses fase campuran termasuk riming dan agregasi, peran kondensasi awan dan inti es, serta transisi dari partikel awan menjadi presipitasi.

Sub-topics

• Nukleus Kondensasi Awan dan Es
• Nukleasi Tetesan Awan
• Mikrofisika Es dan Fase Campuran
• Hujan Hangat dan Tumbukan-Koalesensi

Core questions

• Bagaimana tetesan awan terbentuk pada partikel aerosol?
• Melalui proses apa tetesan dan kristal tumbuh cukup besar untuk jatuh sebagai presipitasi?
• Bagaimana es dan cairan hidup berdampingan dan berinteraksi dalam awan fase campuran?

Key theories

Teori aktivasi tetesan Kohler

Menggabungkan efek kelengkungan (Kelvin) dan zat terlarut (Raoult), teori Kohler memprediksi supersaturasi kritis di mana partikel kabut mengaktifkan menjadi tetesan awan yang tumbuh.

Tumbukan-koalesensi dan proses Bergeron

Presipitasi terbentuk baik oleh tetesan yang lebih besar yang bertabrakan dan bergabung di awan hangat atau oleh kristal es yang tumbuh dengan mengorbankan tetesan superdingin di awan dingin.

Mechanisms

Uap air mengembun pada inti kondensasi awan setelah supersaturasi melebihi nilai kritis yang diberikan oleh teori Kohler, menghasilkan populasi tetesan kecil. Tetesan ini tumbuh pertama-tama melalui difusi uap dan kemudian, lebih cepat, melalui tumbukan gravitasi dan koalesensi. Di awan yang lebih dingin, kristal es mengalami nukleasi pada inti es atau melalui pembekuan tetesan dan tumbuh melalui deposisi uap di hadapan air superdingin (proses Wegener-Bergeron-Findeisen), melalui riming dan agregasi, akhirnya membentuk salju, graupel, atau hujan es.

Clinical relevance

Mikrofisika awan mengatur efisiensi presipitasi, sifat radiatif awan, dan interaksi aerosol-awan, menjadikannya pusat bagi prediksi cuaca, estimasi sensitivitas iklim, dan penilaian penyemaian awan.

History

Teori kristal es presipitasi diusulkan oleh Wegener dan dikembangkan oleh Bergeron dan Findeisen pada tahun 1930-an, sementara teori Kohler tahun 1936 menjelaskan aktivasi tetesan. Bidang ini disintesis dalam monograf komprehensif Pruppacher dan Klett, sebuah referensi standar sejak tahun 1970-an.

Key figures

• Tor Bergeron
• Hilding Kohler
• Hans Pruppacher

Seminal works

• pruppacher1997
• rogers1989

Frequently asked questions

Mengapa sebagian besar tetesan hujan di lintang tengah dimulai sebagai es?

Di awan dingin, proses Wegener-Bergeron-Findeisen memungkinkan kristal es tumbuh dengan cepat dengan mengorbankan tetesan superdingin; kristal tersebut jatuh, meleleh, dan mencapai tanah sebagai hujan.