Нуклеация облачных капель

Как водяной пар конденсируется на аэрозольных частицах, образуя начальную популяцию облачных капель.

Definition

Нуклеация облачных капель — это процесс, при котором водяной пар конденсируется на аэрозольной частице, и образующаяся капля раствора вырастает до критического размера, становясь активированной облачной каплей.

Scope

Охватывает гомогенную и гетерогенную нуклеацию, эффект кривизны Кельвина и эффект растворенного вещества Рауля, теорию Кёлера и критическое пересыщение для активации, зависимость активации от размера и состава частиц, а также роль гигроскопического аэрозоля в качестве ядер конденсации облаков.

Core questions

• Почему облака не могут образовываться путем спонтанной конденсации в атмосфере?
• Как кривизна и растворенное вещество конкурируют, устанавливая порог активации?
• Какие аэрозольные частицы наиболее эффективны в качестве ядер конденсации облаков?

Key theories

Теория Кёлера

Теория Кёлера объединяет эффект Кельвина, который повышает равновесное давление пара над изогнутыми поверхностями, с эффектом растворенного вещества, который его понижает, для предсказания критического пересыщения, при котором частица активируется.

Mechanisms

Образование капель чистой воды затруднено эффектом Кельвина, который делает равновесное давление пара над крошечной каплей очень высоким. Атмосферные капли вместо этого образуются на гигроскопических аэрозольных частицах, растворенное вещество которых снижает равновесное давление пара. Конкуренция между этими эффектами, описываемая кривой Кёлера, дает критический радиус и критическое пересыщение; частицы, достигающие этой точки, активируются и свободно растут как облачные капли, в то время как более мелкие частицы дымки остаются в стабильном равновесии.

Clinical relevance

Активация капель связывает количество аэрозолей с числом облачных капель и, таким образом, с яркостью и временем жизни облаков, что является основой косвенного аэрозольного эффекта на климат.

History

Хильдинг Кёлер сформулировал теорию равновесия капель раствора в 1936 году, предоставив количественную основу для активации капель, которая остается фундаментом исследований нуклеации облаков.

Key figures

• Hilding Kohler
• Hans Pruppacher

Seminal works

• kohler1936
• pruppacher1997

Frequently asked questions

Что такое критическое пересыщение?

Критическое пересыщение — это пик кривой Кёлера; как только окружающее пересыщение превышает его, аэрозольная частица активируется, и ее капля неограниченно растет, а не остается в равновесии.