Sự hình thành giọt mây

Hơi nước ngưng tụ trên các hạt sol khí để tạo thành quần thể giọt mây ban đầu như thế nào.

Definition

Sự hình thành giọt mây là quá trình hơi nước ngưng tụ trên một hạt sol khí và giọt dung dịch tạo thành phát triển vượt quá kích thước tới hạn để trở thành một giọt mây được kích hoạt.

Scope

Bao gồm sự hình thành hạt nhân đồng nhất và không đồng nhất, hiệu ứng độ cong Kelvin và hiệu ứng chất tan Raoult, lý thuyết Kohler và độ siêu bão hòa tới hạn để kích hoạt, sự phụ thuộc của sự kích hoạt vào kích thước và thành phần hạt, và vai trò của sol khí hút ẩm như các hạt nhân ngưng tụ mây.

Core questions

• Tại sao mây không thể hình thành do sự ngưng tụ tự phát trong khí quyển?
• Độ cong và chất tan hòa tan cạnh tranh như thế nào để thiết lập ngưỡng kích hoạt?
• Những hạt sol khí nào hiệu quả nhất làm hạt nhân ngưng tụ mây?

Key theories

Lý thuyết Kohler

Lý thuyết Kohler kết hợp hiệu ứng Kelvin, làm tăng áp suất hơi cân bằng trên các bề mặt cong, với hiệu ứng chất tan, làm giảm áp suất hơi, để dự đoán độ siêu bão hòa tới hạn mà tại đó một hạt được kích hoạt.

Mechanisms

Sự hình thành giọt nước tinh khiết bị ức chế bởi hiệu ứng Kelvin, làm cho áp suất hơi cân bằng trên một giọt nhỏ rất cao. Thay vào đó, các giọt khí quyển hình thành trên các hạt sol khí hút ẩm có chất tan hòa tan làm giảm áp suất hơi cân bằng. Sự cạnh tranh giữa các hiệu ứng này, được mô tả bởi đường cong Kohler, tạo ra bán kính tới hạn và độ siêu bão hòa tới hạn; các hạt đạt đến điểm này sẽ kích hoạt và phát triển tự do thành các giọt mây, trong khi các hạt sương mù nhỏ hơn vẫn ở trạng thái cân bằng ổn định.

Clinical relevance

Sự kích hoạt giọt liên kết sự phong phú của sol khí với số lượng giọt mây và do đó với độ sáng và tuổi thọ của mây, cơ sở của hiệu ứng gián tiếp của sol khí đối với khí hậu.

History

Hilding Kohler đã xây dựng lý thuyết cân bằng của các giọt dung dịch vào năm 1936, cung cấp khuôn khổ định lượng cho sự kích hoạt giọt vẫn là nền tảng của các nghiên cứu hình thành hạt nhân mây.

Key figures

• Hilding Kohler
• Hans Pruppacher

Seminal works

• kohler1936
• pruppacher1997

Frequently asked questions

Độ siêu bão hòa tới hạn là gì?

Độ siêu bão hòa tới hạn là đỉnh của đường cong Kohler; một khi độ siêu bão hòa môi trường vượt quá nó, một hạt sol khí sẽ được kích hoạt và giọt của nó sẽ phát triển không giới hạn thay vì duy trì trạng thái cân bằng.