Vật lý đám mây và giáng thủy
Các quá trình vi vật lý mà theo đó hơi nước hình thành các giọt mây và tinh thể băng, sau đó phát triển thành mưa, tuyết và mưa đá.
Definition
Vật lý đám mây và giáng thủy là nghiên cứu về sự hình thành, phát triển và rơi xuống của các hydrometeor lỏng và băng trong khí quyển ở quy mô của từng hạt riêng lẻ.
Scope
Lĩnh vực này bao gồm sự hình thành nhân của các giọt mây trên các hạt sol khí, sự phát triển của các giọt do ngưng tụ và do va chạm và kết tụ, sự hình thành và phát triển của các tinh thể băng, các quá trình pha hỗn hợp bao gồm đóng băng và kết tập, vai trò của ngưng tụ đám mây và nhân băng, và sự chuyển đổi từ các hạt đám mây thành giáng thủy.
Sub-topics
Core questions
- Các giọt mây hình thành trên các hạt sol khí như thế nào?
- Bằng những quá trình nào mà các giọt và tinh thể phát triển đủ lớn để rơi xuống dưới dạng giáng thủy?
- Băng và chất lỏng cùng tồn tại và tương tác như thế nào trong các đám mây pha hỗn hợp?
Key theories
- Lý thuyết Kohler về kích hoạt giọt
- Kết hợp các hiệu ứng độ cong (Kelvin) và chất tan (Raoult), lý thuyết Kohler dự đoán độ siêu bão hòa tới hạn mà tại đó một hạt sương mù kích hoạt thành một giọt mây đang phát triển.
- Va chạm-kết tụ và quá trình Bergeron
- Giáng thủy hình thành hoặc do các giọt lớn hơn va chạm và hợp nhất trong các đám mây ấm hoặc do các tinh thể băng phát triển bằng cách tiêu thụ các giọt siêu lạnh trong các đám mây lạnh.
Mechanisms
Hơi nước ngưng tụ trên các nhân ngưng tụ đám mây khi độ siêu bão hòa vượt quá giá trị tới hạn được đưa ra bởi lý thuyết Kohler, tạo ra một quần thể các giọt nhỏ. Chúng phát triển ban đầu bằng cách khuếch tán hơi nước và sau đó, nhanh hơn, bằng va chạm và kết tụ trọng lực. Trong các đám mây lạnh hơn, các tinh thể băng hình thành nhân trên các nhân băng hoặc bằng cách đóng băng các giọt và phát triển bằng cách lắng đọng hơi nước khi có nước siêu lạnh (quá trình Wegener-Bergeron-Findeisen), bằng cách đóng băng và bằng cách kết tập, cuối cùng hình thành tuyết, mưa đá nhỏ hoặc mưa đá.
Clinical relevance
Vi vật lý đám mây chi phối hiệu quả giáng thủy, các đặc tính bức xạ của đám mây và tương tác sol khí-đám mây, làm cho nó trở nên trung tâm đối với dự báo thời tiết, ước tính độ nhạy khí hậu và đánh giá việc gieo hạt đám mây.
History
Lý thuyết tinh thể băng về giáng thủy được Wegener đề xuất và được Bergeron và Findeisen phát triển vào những năm 1930, trong khi lý thuyết năm 1936 của Kohler giải thích sự kích hoạt giọt. Lĩnh vực này đã được tổng hợp trong chuyên khảo toàn diện của Pruppacher và Klett, một tài liệu tham khảo tiêu chuẩn từ những năm 1970.
Key figures
- Tor Bergeron
- Hilding Kohler
- Hans Pruppacher
Related topics
Seminal works
- pruppacher1997
- rogers1989
Frequently asked questions
- Tại sao hầu hết các hạt mưa ở vĩ độ trung bình bắt đầu dưới dạng băng?
- Trong các đám mây lạnh, quá trình Wegener-Bergeron-Findeisen cho phép các tinh thể băng phát triển nhanh chóng bằng cách tiêu thụ các giọt siêu lạnh; các tinh thể rơi xuống, tan chảy và đến mặt đất dưới dạng mưa.