雲粒形成

水蒸気がエアロゾル粒子上に凝結し、初期の雲粒群を形成する過程。

Definition

雲粒形成とは、水蒸気がエアロゾル粒子上に凝結し、結果として生じる溶液液滴が臨界サイズを超えて成長し、活性化された雲粒となる過程である。

Scope

均一核生成と不均一核生成、ケルビン効果とラウール効果、ケーラー理論と活性化のための臨界過飽和度、粒子サイズと組成による活性化の依存性、吸湿性エアロゾルの雲凝結核としての役割を扱う。

Core questions

• なぜ雲は大気中で自発的な凝結によって形成されないのか？
• 曲率と溶解した溶質は、活性化閾値を設定するためにどのように競合するのか？
• どのエアロゾル粒子が雲凝結核として最も効果的か？

Key theories

ケーラー理論

ケーラー理論は、湾曲した表面上の平衡蒸気圧を上昇させるケルビン効果と、それを低下させる溶質効果を組み合わせ、粒子が活性化する臨界過飽和度を予測する。

Mechanisms

純粋な水滴の形成は、微小な液滴上の平衡蒸気圧を非常に高くするケルビン効果によって阻害される。大気中の液滴は、代わりに、溶解した溶質が平衡蒸気圧を低下させる吸湿性エアロゾル粒子上に形成される。これらの効果間の競合は、ケーラー曲線によって記述され、臨界半径と臨界過飽和度を与える。この点に達した粒子は活性化され、雲粒として自由に成長するが、より小さなヘイズ粒子は安定した平衡状態にとどまる。

Clinical relevance

液滴の活性化は、エアロゾルの量と雲粒の数、ひいては雲の明るさと寿命を結びつけ、気候に対するエアロゾル間接効果の基礎となる。

History

ヒルディング・ケーラーは1936年に溶液液滴の平衡理論を定式化し、雲核生成研究の基礎となる液滴活性化の定量的枠組みを提供した。

Key figures

• Hilding Kohler
• Hans Pruppacher

Seminal works

• kohler1936
• pruppacher1997

Frequently asked questions

臨界過飽和度とは何か？

臨界過飽和度とはケーラー曲線のピークであり、周囲の過飽和度がこれを超えると、エアロゾル粒子は活性化し、その液滴は平衡状態にとどまることなく無限に成長する。