ฟิสิกส์ของเมฆและหยาดน้ำฟ้า
กระบวนการจุลกายภาพที่ไอน้ำก่อตัวเป็นละอองเมฆและผลึกน้ำแข็ง และเติบโตเป็นฝน หิมะ และลูกเห็บ
Definition
ฟิสิกส์ของเมฆและหยาดน้ำฟ้าคือการศึกษาการก่อตัว การเติบโต และการตกลงมาของไฮโดรมีทีออร์ (hydrometeors) ที่เป็นของเหลวและน้ำแข็งในชั้นบรรยากาศในระดับของอนุภาคแต่ละชนิด
Scope
สาขานี้ครอบคลุมถึงการก่อตัวของละอองเมฆบนอนุภาคละอองลอย การเติบโตของละอองโดยการควบแน่นและการชนกันและการรวมตัวกัน การก่อตัวและการเติบโตของผลึกน้ำแข็ง กระบวนการแบบผสมผสานรวมถึงการจับตัวเป็นน้ำแข็งและการรวมกลุ่ม บทบาทของแกนควบแน่นของเมฆและแกนน้ำแข็ง และการเปลี่ยนผ่านจากอนุภาคเมฆไปสู่หยาดน้ำฟ้า
Sub-topics
Core questions
- ละอองเมฆก่อตัวบนอนุภาคละอองลอยได้อย่างไร?
- ละอองและผลึกเติบโตใหญ่พอที่จะตกลงมาเป็นหยาดน้ำฟ้าได้อย่างไร?
- น้ำแข็งและของเหลวอยู่ร่วมกันและมีปฏิสัมพันธ์กันในเมฆแบบผสมผสานได้อย่างไร?
Key theories
- ทฤษฎีการกระตุ้นละอองของ Kohler
- การรวมผลกระทบของความโค้ง (Kelvin) และสารละลาย (Raoult) ทฤษฎีของ Kohler ทำนายภาวะอิ่มตัวยิ่งยวดวิกฤตที่อนุภาคหมอกควันจะกระตุ้นเป็นละอองเมฆที่กำลังเติบโต
- การชนกันและการรวมตัวกัน และกระบวนการ Bergeron
- หยาดน้ำฟ้าก่อตัวขึ้นไม่ว่าจะโดยละอองขนาดใหญ่ชนกันและรวมตัวกันในเมฆอุ่น หรือโดยผลึกน้ำแข็งที่เติบโตโดยอาศัยละอองเย็นจัดยิ่งยวดในเมฆเย็น
Mechanisms
ไอน้ำจะควบแน่นบนแกนควบแน่นของเมฆเมื่อภาวะอิ่มตัวยิ่งยวดเกินค่าวิกฤตที่กำหนดโดยทฤษฎีของ Kohler ทำให้เกิดละอองขนาดเล็กจำนวนมาก ละอองเหล่านี้จะเติบโตในตอนแรกโดยการแพร่ของไอน้ำ และจากนั้นจะเติบโตเร็วขึ้นโดยการชนกันและการรวมตัวกันด้วยแรงโน้มถ่วง ในเมฆที่เย็นกว่า ผลึกน้ำแข็งจะก่อตัวบนแกนน้ำแข็งหรือโดยการแข็งตัวของละออง และเติบโตโดยการสะสมของไอน้ำเมื่อมีน้ำเย็นจัดยิ่งยวด (กระบวนการ Wegener-Bergeron-Findeisen) โดยการจับตัวเป็นน้ำแข็งและการรวมกลุ่ม ซึ่งในที่สุดจะก่อตัวเป็นหิมะ ลูกเห็บ หรือลูกเห็บขนาดเล็ก
Clinical relevance
จุลฟิสิกส์ของเมฆควบคุมประสิทธิภาพของหยาดน้ำฟ้า คุณสมบัติการแผ่รังสีของเมฆ และปฏิสัมพันธ์ระหว่างละอองลอยกับเมฆ ทำให้เป็นหัวใจสำคัญของการพยากรณ์อากาศ การประมาณค่าความไวต่อสภาพภูมิอากาศ และการประเมินการทำฝนเทียม
History
ทฤษฎีผลึกน้ำแข็งของหยาดน้ำฟ้าถูกเสนอโดย Wegener และพัฒนาโดย Bergeron และ Findeisen ในทศวรรษที่ 1930 ในขณะที่ทฤษฎีการกระตุ้นละอองของ Kohler ในปี 1936 ได้อธิบายการกระตุ้นละออง สาขาวิชานี้ได้รับการสังเคราะห์ในเอกสารวิชาการที่ครอบคลุมของ Pruppacher และ Klett ซึ่งเป็นเอกสารอ้างอิงมาตรฐานมาตั้งแต่ทศวรรษที่ 1970
Key figures
- Tor Bergeron
- Hilding Kohler
- Hans Pruppacher
Related topics
Seminal works
- pruppacher1997
- rogers1989
Frequently asked questions
- ทำไมฝนส่วนใหญ่ในละติจูดกลางจึงเริ่มต้นเป็นน้ำแข็ง?
- ในเมฆเย็น กระบวนการ Wegener-Bergeron-Findeisen ทำให้ผลึกน้ำแข็งเติบโตอย่างรวดเร็วโดยอาศัยละอองเย็นจัดยิ่งยวด ผลึกจะตกลงมา ละลาย และถึงพื้นดินเป็นฝน