云滴的凝結(jié)增長

1、云滴的凝結(jié)增長云滴的凝結(jié)增長匯報人：目錄1相關(guān)概念2 凝結(jié)增長過程3 曲面效應(yīng)4 總結(jié)1相關(guān)概念相關(guān)概念云滴的凝結(jié)增長定義：指水汽分子凝結(jié)（凝華）在云滴（冰晶）表面上，使云滴（冰晶）增長的過程。相關(guān)概念：相關(guān)概念：在云的形成和發(fā)展階段，由于云體繼續(xù)上升絕熱冷卻，云內(nèi)維持一定的過飽和，云滴便能借凝結(jié)而增長。同時，云滴之間存在飽和水汽壓的差異，也能使部分云滴處于過飽和狀態(tài)，發(fā)生凝結(jié)。2凝結(jié)增長過程凝結(jié)增長過程云滴的凝結(jié)增長有3種不同的模式，過冷水（冰晶）凝結(jié)、大小水滴凝結(jié)、冷暖水滴凝結(jié)。1過冷水（冰晶）凝結(jié)：過冷水（冰晶）凝結(jié)： 在云層內(nèi)部有過冷水滴和冰晶并存時，因為冰晶的飽和水汽壓較低，冰晶會不

2、斷因凝結(jié)而增大。 在沒有雜質(zhì)(冰核)的過冷水中，冰相的生成(水由氣態(tài)或液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài))是由水分子自發(fā)聚集而向冰狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的過程。聚集在一起的水分子簇，由于分子熱運動起伏(脈動)的結(jié)果，不斷形成和消失。分子簇出現(xiàn)的概率隨溫度的降低而增大。當(dāng)分子簇的大小超過某臨界值時，就能繼續(xù)增大而形成初始冰晶胚胎。 直徑為幾微米的純凈水滴，只有在溫度低于-40時才會自發(fā)凍結(jié)；但當(dāng)過冷水中存在雜質(zhì)(冰核)時，在雜質(zhì)表面力場的作用下，分子簇更容易形成冰晶胚胎。 自然云中冰晶的生成，主要依賴于雜質(zhì)(冰核)的存在。在-20時，每升空氣中約有一個冰核，僅為同體積中云凝結(jié)核濃度的幾十萬分之一。因此云中冰晶的濃度，一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)小

3、于水滴的濃度。2大小水滴凝結(jié)：大小水滴凝結(jié)：云凝結(jié)核可分成兩類：親水性物質(zhì)的大粒子，它不溶于水，但能吸附水汽，在其表面形成一層水膜，相當(dāng)于一個較大的純水滴；含有可溶性鹽的氣溶膠微粒。它能吸收水汽而成為鹽溶液滴，屬吸濕性核。例如海鹽的飽和水溶液，只要環(huán)境相對濕度高于78%，就可以凝結(jié)增大。 隨著凝結(jié)水量的增加，溶液滴的濃度越來越小，所要求的飽和水汽壓也越高。但是，隨著凝結(jié)水量的增加，溶液滴的大小也隨著增大，所要求的飽和水汽壓又隨大小的增大而降低。因此，不同濃度和不同大小的溶液滴要求的飽和水汽壓值各不相同，當(dāng)環(huán)境水汽壓大于相應(yīng)的臨界值時，溶液滴即可繼續(xù)增長，隨著液滴大小的增大，溶液滴漸趨純水滴，這

4、時溶液滴的飽和水汽壓也轉(zhuǎn)而下降，一個含千億分之一克食鹽的微粒，只要環(huán)境的相對濕度略大于100%，即可成為凝結(jié)核而生成云滴。3冷暖水滴凝結(jié)：冷暖水滴凝結(jié)：冷暖云層混合時，冷云滴的溫度較低，飽和水汽壓也較低，周圍的暖云滴不斷的蒸發(fā)，冷云滴會不斷的凝結(jié)增長。3曲面效應(yīng)曲面效應(yīng)當(dāng)云滴維持在一定的粒徑時，云滴表面的蒸發(fā)與凝結(jié)達(dá)到平衡，此時云滴表面的飽和水汽壓稱為平衡水汽壓。云滴表面為曲面，具有曲面效應(yīng)，其平衡水汽壓比平的水面的平衡水汽壓高（見下圖）。下圖左側(cè)兩圖所示的是平面和曲面液態(tài)水對水分子的吸附力比較，相對于平面的液態(tài)水，曲面水滴的水分子吸附力差，蒸發(fā)能力較強(qiáng)。右側(cè)兩圖所示的是大小水滴表面水分子的排

5、列和吸附力狀況，相對于小水滴，大水滴更趨近于平面狀況，水分子之間的吸附力較大，不易蒸發(fā)。凝結(jié)增長的速率與水汽的過飽和度成正比，與云滴的半徑成反比。凝結(jié)剛開始的時候由于凝結(jié)核的大小不同，剛形成的云滴大小也有差別，但增長到一定大小后，云滴的大小就幾乎都一樣了。從下圖可以看出，云滴的直徑到達(dá)20微米以后，幾乎不長了。4總結(jié)總結(jié)云中空氣上升而膨脹冷卻時，水汽不斷凝結(jié)。在凝結(jié)過程中，云滴半徑的增長速度和云中水汽的過飽和度成正比，與云滴本身的大小成反比。所以在確定的水汽條件下，云滴凝結(jié)增長越來越慢。在0.05%的過飽和條件下，一個由質(zhì)量為十億分之一克食鹽生成的初始云滴，從半徑為0.75微米開始，增長到1微米時需要0.15秒的時間，增長到10微米時需30分鐘，而增長到30微米時，就需要四小時以上的時間。雖然水汽在少數(shù)大吸濕核上凝結(jié)之后，可產(chǎn)生大的云滴，但如果要它繼續(xù)增長到半徑為100微米的毛毛雨，就需要更長的時間，而積云本身的生命大約只有一小時，故在上述情況下不可能形成雨滴