最新04云雾形成理论解析ppt课件.ppt

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1、04云雾形成理论解析成核作用核化过程：形成云雾质粒的过程。自发核化（同质核化）：单一相态分子中没有其它物质存在时发生的核化过程。对水而言，水汽以几个水分子集合体为中心聚集成液体（凝结）或固体（凝华），或者以过冷却水中的水分子集体为中心形成冰晶（冻结）。如把这些微小的水分子集合体看成核，则这种无异质核存在时的核化现象称为自发核化或同质核化。同质是指结成的核心不是异性物质，都是水分子的意思。上述三种过程的自发核化分别称为：同质凝结核化、同质凝华核化和同质冻结核化。异质核化：有异质核存在时的核化现象。2成核作用异质核化：有异质核存在时的核化现象。3异质核化-离

2、子的凝结核化水汽在带电离子上凝结的平衡饱和比S较不带电时小。使当不带电时不可能发生凝结的饱和比状态下，由于有了电荷就能发生凝结现象。r<0.6nm时，电荷的影响十分显著；r>0.6nm时，曲率的影响显著；r>1.4nm时，电荷的影响已可以忽略。离子正负对饱和比的影响与正离子相比，负粒子在较低过饱和度条件下就开始成核。原因在于，微水滴负氧端指向外，正H端向内，负离子表面分布有负电荷，正好和正H端相接，造成异号相吸的形势。这就使负离子上水汽凝结为水较为容易些。7异质核化-不溶性平表面上的凝结核化主要与核的水湿性相关：如在潮湿环境下的平石板、墙面，浴室的镜面、

3、磁砖表面上发生的凝结现象。结论：要产生相同的核化率，亲水性表面比憎水性表面容易。8异质核化-不溶性曲面上的凝结核化主要与核的曲率相关：1）凹表面比凸表面容易发生凝结核化；2）单就凹、凸表面而言，曲率半径越小，平衡饱和比越大，凝结越困难。存在的问题：接触角的概念是宏观概念。当形成水胚时，只有少数水分子组成一个微观集体，是否能用宏观概念讨论这种微观现象，还有待研究。理论将核表面过于理想化，实际核表面并不是十分光滑的。将下垫面上之水胚视为直接由水汽在核表面上打击而形成，也可能是将问题简单化。事实上，水汽在到达下垫面上方薄层中后，往往还有扩散现象。下垫面的性质，

4、肯定对水汽的这种扩散起到控制作用。9异质核化-可溶性核上的凝结已知Kohler方程为f为相对湿度。设温度为275K，m为饱和食盐溶液中溶质质量，则10异质核化-可溶性核上的凝结11异质核化-可溶性核上的凝结每一条平衡曲线，其f值都有一个极大值，称为“临界相对湿度fc”，其相应的溶液滴半径，称为“临界半径rc”。将前式对r微分，令其等于0，可得：12异质核化-可溶性核上的凝结讨论盐核质量愈大，起始的饱和溶液滴半径也愈大；盐核质量愈大，则临界相对湿度愈小，但临界半径却愈大；对任一条Kohler曲线，由纯盐粒吸收水份而增大的过程，是由当时的相对湿度大小决定的：

5、环境相对湿度f低于fc时，盐核吸湿增大是有局限性的，盐核可增长到与f相对应的平衡尺度，处于稳定态。环境相对湿度f=fc时，盐滴就会增大到rc。但rc与前不同的是处于亚稳态。如水滴半径因偶然的原因增到大于rc，此时它所需的平衡相对湿度就小于环境相对湿度，于是就有水汽在它上面凝结，使它继续增大甚至成为云滴，而不会因蒸发恢复到原有半径。13异质核化-可溶性核上的凝结讨论（续）当外界相对湿度f>fc时，盐核将由小而大地不断增大到超过fc，最后能继续增大成云滴。因此，任一条Kohler线上相对湿度最大点左边的平衡曲线上点称为“霾点”。溶液滴处于霾点状态时，就称为“

6、霾粒”或“霾滴”。如果相对湿度不变，处于霾点的水滴是不会增大或减小的。溶液滴半径由于相对湿度增大而一旦增大到临界点，即半径达到临界半径rc，就能被激活而不断增大。因此rc也称为“活化半径”，fc也称为“活化相对湿度”。在云雾形成过程中，可溶性凝结核作为水滴的核后，只有在被激活以后，才能形成云滴，否则只能保持为霾滴。14异质核化-异质凝华核化异质凝华核化的理论处理与异质凝结核华相似。其核华率主要由接触角θ、核半径和温度决定。结论：1）同一冰核半径条件下，θ愈大，则凝华温度愈低（即凝华愈难）；2）接触角一定，随着冰核半径的增大，凝华核华温度愈高（即愈易核华）

7、。只是这种趋势在冰核半径大于0.1μm时没有半径小于0.1μm时显著。H2O15异质核化-异质冻结核化结论类似于异质凝华核化：1）接触角大则冻结温度愈低，即愈不易冻结；2）冰核半径愈小，冻结温度愈低。特别当冰核半径小于0.01μm时，很难冻结。contactimmersioncondensation/freezing16异质冻结与同质冻结核化17CCN18CCN北极清洁海洋气团大陆气团CCNspectraintheboundarylayerfrommeasurementsneartheAzoresinapollutedcontinentalairmass

8、(brownline),inFloridainamarineairmass(gr