Составители:
Рубрика:
остается совсем нечувствительной к концентрации ядер конденсации. Концентрация капель
определяется мезометеорологической ситуацией: она велика при быстром подъеме воздуха (в
энергично развивающемся кучевом облаке) и мала при медленном подъеме и выхолаживании (при
подъеме масс воздуха в синоптическом масштабе и их радиационном выхолаживании). В то же
время при малых значениях k параметры c и v меняются ролями, и концентрация ядер конденсации c
начинает играть преобладающую роль, так что в пределе, т.е. при k→ 0, счетная концентрация
облачных капель N
d
становится прямо пропорциональной концентрации ядер конденсации c.
Спектры ядер конденсации, измеренные в реальной атмосфере, как правило, характеризуются
значениями k, равными -1/2 или меньше (причем меньшие значения k более характерны для проб,
отобранных в отдаленных чистых районах). Эти данные относятся к диапазону пересыщений 0,2 ÷
2%, который наиболее важен в аспекте формирования облачности.
Итак, концентрация капель в значительной степени обусловлена концентрацией ядер
конденсации, которая описывается зависимостью вида c
0,8
÷ c
0,9
, и лишь в слабой степени скоростью
восходящих потоков или выхолаживания; эта зависимость описывается выражением вида v
0,3
÷ v
1,8
.
Повышенные концентрации частиц должны приводить к большей концентрации облачных капель.
Экспериментально определенная концентрация ядер конденсации колеблется от 10 см
-3
или менее до
нескольких тысяч частиц в кубическом сантиметре. Значения концентрации, близкие к нижнему
пределу, наблюдаются в отдельных океанических районах, а к верхнему — в континентальных и/или
в загрязненной атмосфере.
Измерения подтвердили, что некоторые типы загрязнений могут заметно увеличивать
концентрацию ядер конденсации, и прогнозируемые эффекты их воздействия на концентрацию
облачных капель наблюдались непосредственно. За долговременными трендами концентрации ядер
конденсации трудно уследить, поскольку они отличаются большой изменчивостью. Считается, что
эти частицы состоят в основном из сульфатов размером 0,01÷0,1 мкм; они составляют довольно
небольшую долю общего содержания серы в атмосфере, и имеются указания на то, что лишь малая
часть серы, включенной в атмосферный цикл, проходит через стадию облачных ядер конденсации,
т.е. большая часть серы не превращается в облачные ядра конденсации.
После формирования жидкокапельных облаков на протяжении всей их жизни продолжаются
микрофизические процессы (конденсация, коагуляция, замерзание и т.д.), однако они сравнительно
слабо воздействуют на общую среднюю концентрацию капель, которая была определена в течение
первых нескольких секунд формирования облака.
Образование ледяных частиц в атмосфере. Прямое образование льда, т.е. гомогенная
кристаллизация водяного пара, в реальной атмосфере явление маловероятное. Даже при
температурах -20
0
C и ниже значительная часть облаков состоит либо из переохлажденных водяных
капель, либо из одновременно сосуществующих водяных капель и ледяных кристаллов. Это
свидетельствует не только о гетерогенном характере образования ледяных частиц в атмосфере, но и
о том, что только часть аэрозольных частиц служит активными ядрами образования ледяных
кристаллов. При понижении температуры воздуха концентрация активных ядер увеличивается по
экспоненте: n=n
0
exp(β∆T), где β=0,6 град
-1
, ∆T=273K-T, причем пространственные вариации
активных ядер относительно малы. Различные частицы способствуют образованию льда при разных
температурах. Известно, что возможна активизация ядер при низких (-40
0
C) температурах и
пониженной влажности (но не менее 50%).
Гетерогенное образование льда может осуществляться разными способами:
1) сублимацией молекул водяного пара на твердой частице с образованием ледяного
зародыша;
2) конденсацией водяного пара на ядре с последующим замерзанием;
3) нуклеацией при иммерсионном замерзании, когда активное ядро полностью погружено в
каплю;
4) контактной нуклеацией при столкновении переохлажденной капли с ядром.
Степень влияния различных примесей и частиц на температуру замерзания капель определяет
их льдообразующую активность. Наибольшее значение температуры, при которой образуется
ледяная фаза, — предельная или пороговая температура активации веществ. Было обнаружено, что
льдообразующая активность всех веществ имеет две пороговые температуры, причем более высокая
соответствует пересыщению паров воды относительно водной поверхности, а другая —
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 154
- 155
- 156
- 157
- 158
- …
- следующая ›
- последняя »
