Mây và Giáng thủy

Mây là dấu hiệu trực quan của không khí bốc lên, nguội đi, và quá trình vi mô của các giọt nước và tinh thể băng phát triển bên trong chúng quyết định liệu chúng chỉ trôi qua hay giải phóng nước dưới dạng mưa, tuyết hoặc mưa đá.

Definition

Mây là các thể lơ lửng có thể nhìn thấy được của các giọt nước hoặc tinh thể băng hình thành khi không khí ẩm được làm lạnh đến điểm bão hòa, và giáng thủy là nước rơi từ chúng khi các hạt đủ lớn và nặng để vượt qua các luồng khí đi lên.

Scope

Chủ đề này bao gồm sự hình thành và phân loại mây, sự hình thành giọt nước và tinh thể băng trên các hạt sol khí, và các quá trình vi vật lý, bao gồm va chạm-kết tụ và quá trình băng Bergeron-Findeisen, qua đó các hạt mây phát triển thành giáng thủy.

Core questions

• Các giọt mây và tinh thể băng hình thành như thế nào và trên những hạt nào?
• Mây được phân loại theo độ cao và hình dạng như thế nào?
• Các giọt mây nhỏ phát triển thành hạt mưa như thế nào?
• Các quá trình băng đóng vai trò gì trong việc tạo ra giáng thủy?

Key theories

Quá trình va chạm-kết tụ (mưa ấm)

Trong các đám mây ấm hơn điểm đóng băng, các giọt lớn hơn rơi nhanh hơn, va chạm và hấp thụ các giọt nhỏ hơn, và phát triển bằng cách kết tụ cho đến khi chúng đủ nặng để rơi xuống dưới dạng mưa.

Quá trình băng Bergeron-Findeisen

Trong các đám mây pha hỗn hợp, áp suất hơi bão hòa thấp hơn trên băng làm cho các tinh thể băng phát triển bằng cách hấp thụ các giọt siêu lạnh, một con đường hiệu quả tạo ra phần lớn giáng thủy của Trái đất bên ngoài vùng nhiệt đới.

Mechanisms

Mây hình thành khi không khí bốc lên, nguội đi bão hòa và hơi nước ngưng tụ trên các hạt nhân ngưng tụ mây để tạo thành các giọt nước, hoặc lắng đọng trên các hạt nhân băng để tạo thành các tinh thể. Các hạt này quá nhỏ để rơi xuống, vì vậy phải xảy ra sự phát triển: trong các đám mây ấm bằng cách va chạm và kết tụ các giọt nước, và trong các đám mây lạnh hoặc pha hỗn hợp bằng quá trình Bergeron-Findeisen, trong đó các tinh thể băng phát triển nhanh chóng trong khi các giọt siêu lạnh bay hơi. Khi các hạt đủ lớn để vượt qua luồng khí đi lên, chúng rơi xuống dưới dạng mưa, tuyết, mưa đá nhỏ hoặc mưa đá.

Clinical relevance

Hiểu biết về các quá trình mây và giáng thủy là nền tảng cho việc dự báo giáng thủy định lượng, giải thích radar, dự đoán đóng băng hàng không và các nỗ lực điều chỉnh thời tiết như gieo mây, và nó cung cấp thông tin về cách mây ảnh hưởng đến cân bằng năng lượng và khí hậu của hành tinh.

History

Sự phân loại mây của Luke Howard vào đầu thế kỷ XIX đã đặt tên lâu dài cho các đám mây; vào thế kỷ XX, Bergeron và Findeisen đã xác định cơ chế tinh thể băng của giáng thủy, và các nghiên cứu chi tiết trong phòng thí nghiệm và thực địa được tóm tắt trong các công trình như của Pruppacher và Klett đã thiết lập vi vật lý hiện đại của mây và giáng thủy.

Key figures

• Luke Howard
• Tor Bergeron
• Walter Findeisen

Seminal works

• rogers1989
• pruppacher1997

Frequently asked questions

Tại sao một số đám mây mưa và một số khác thì không?

Một đám mây chỉ tạo ra giáng thủy khi các giọt nước hoặc tinh thể băng của nó đủ lớn để rơi xuống chống lại luồng khí đi lên; điều này đòi hỏi đủ thời gian, độ ẩm và các quá trình vi vật lý phù hợp, vì vậy nhiều đám mây đơn giản là bay hơi mà không bao giờ mưa.

Mây được đặt tên như thế nào?

Mây được phân loại theo hệ thống mà Luke Howard đã giới thiệu vào năm 1802, sử dụng các gốc Latinh như cumulus cho mây tích, stratus cho mây tầng và cirrus cho mây ti mỏng ở độ cao lớn, kết hợp với các tiền tố cho độ cao và mưa.