5.8 věděli jste, že většina srážek pochází z koalescence kolizí?
5.8 Věděli jste, že většina srážek pochází z koalescence srážek?
existují dva typy procesů pro růst do srážkových kapek: procesy teplého mraku a procesy studeného mraku. V teplých oblacích se všechny procesy týkají pouze kapalných kapek. V chladných oblacích mohou procesy zahrnovat pouze pevné částice ,stejně jako smíšené fáze(podchlazená kapalina i LED). Některé z nejdůležitějších procesů zahrnují kolize mezi kapkami, ať už jsou tekuté nebo pevné.
kolize
kolize se vyskytují v chladných i teplých oblacích a mohou zahrnovat buď kapky kapaliny nebo pevné částice nebo obojí.
- kolize-koalescence: velké kapky kapaliny zachycují menší kapky kapaliny při pádu.
- Riming: padající led shromažďuje tekutou vodu, která na svém povrchu zamrzne.
- zachycení nukleace: velká kapka kapaliny zachycuje malou ledovou částici, která působí jako ledové jádro a způsobuje zmrazení velké kapky. Částice, která se shromažďuje, může být buď ledové jádro (v) nebo kus ledu, což je také dobré ledové jádro. V obou případech podchlazená kapka kapaliny zamrzne při kontaktu s IN.
- agregace: padající sněhová vločka zachytává další sněhové vločky, které se agregují, aby vytvořily větší svazek sněhových vloček.
pro pokles mraku v klidu je gravitace jedinou vnější silou. Jakmile pokles mraku začne klesat, pak odpor vzduchu vytvoří další sílu zvanou drag, což je funkce rychlosti.
za méně než sekundu dosáhne částice rychlosti pádu tak, že tažná síla přesně vyvažuje gravitační sílu a rychlost se stává konstantní. Tato rychlost se nazývá terminální rychlost. Protože gravitační síla závisí na objemu kapky, jde jako krychle poloměru kapky. Naproti tomu drag působí na povrch kapky, a proto závisí na oblasti poklesu a jde jako čtverec poloměru kapky (krát rychlost). Nastavení gravitační a přetáhněte síly rovnající se jiné a pak řešení pro terminal velocity, je snadné ukázat, že maximální rychlost by se měla pohybovat lineárně s drop okruhu. Měření nesou tento lineární vztah ven. Například, terminal velocity 50 µm poloměr kapky je asi 0,3 m s–1, zatímco maximální rychlost pro pokles 10 krát větší (500 µm poloměr) je asi 4 m s–1, což jen o málo více než dvojnásobek-z-10 zvyšovat.
růst cloud drop do srážek drop kolize–srůstání je dána rovnicí:
d m L dt =Plocha smeten⋅účinnosti sběru⋅rychlosti rozdíl⋅tekutý obsah vody d m L dt = g ⋅ E c ⋅( v L − v s )⋅LWC d m L dt =π ( r L + r-s ) 2 ⋅ E c ⋅( v L − v s )⋅LWC Tato rovnice není vykreslení správně kvůli nekompatibilní prohlížeč. Seznam kompatibilních prohlížečů naleznete v části technické požadavky v orientaci.
- mL je hmotnost velký pokles, který je klesající,
- Ag je geometrický průřez, pro který kolizím mezi padající velké kapky a mnoho kapek níže jsou uvedeny možné,
- Es je kolize–koalescenční účinnosti (tj. sbírka účinnost), což je zlomek skutečné průřezové oblasti, která se přehnala v porovnání k ploše průřezu, který je geometricky možné (menší kapky mohou následovat vzduchu zefektivňuje a jít kolem velký pokles) (viz obrázek níže),
- vL je rychlost velký pokles a vs je rychlost menší, pomalejší padající kapky níže,
- a LWC je tekutý obsah vody.
níže uvedený obrázek poskytuje dobrý koncepční obraz kolizní koalescence. Kapka kolektoru musí padat rychleji než menší sebraná kapka, aby se oba mohli srazit. Jako vzduch, který zjednodušuje luk kolem pokles, nesou menší kapky s nimi kolem pokles, a účinná plocha průřezu se stává méně, než je skutečná plocha průřezu, který je prostě průřez disk s poloměrem, který je součtem poloměrů velký sběratel pokles a menší shromážděné kapky. Jako kapky větší, mají příliš velkou setrvačnost následovat vzduchu zjednodušuje, čímž kolize s větší pravděpodobností.
Es je malý, pro 10 µm kapky, takže náhodný proces, některé kapky stát se větší než ostatní a začít sbírat menší kapky (viz obrázek níže). Ec se zvyšuje se zvyšujícím se poloměrem klesajícího poklesu. Když větší padající kapka získá poloměr větší než 100 µm, je její kolizní koalescenční účinnost velmi dobrá pro všechny menší kapky až do velikosti asi 10-20 µm.
jakmile sběrná kapka dosáhne poloměru několika set µm, rychle klesá (vl >> vs) a účinnost kolizní koalescence se blíží 100%. Nyní proveďte následující kroky k přepsání rovnice 5.16: (1) EC rovno 1, (2) VL >> vs, (3)VL = konstanta x rL, (4) mL = 4plnrL3/3 a (5) řešení pro drL / dt. Jakmile provedete tyto kroky, můžete ukázat, že drL / dt je úměrná rL. To znamená, že čím větší je pokles, tím rychleji roste. Oddělení proměnných (rL a t) a integraci z rL = 0 při t = 0 do libovolné hodnoty rL a t ukazuje, že rL zvyšuje exponenciálně s časem:
r d ∝exp(čas) Tato rovnice není vykreslení správně kvůli nekompatibilní prohlížeč. Seznam kompatibilních prohlížečů naleznete v části technické požadavky v orientaci.
S konstantou úměrnosti mezi terminal velocity and drop poloměr nastavte na 0.8 x 10-3 s-1 a LWC = 1 g m-3, lze ukázat, že kapka může růst z 50 µm na 1000 µm koalescencí kolizí za pouhých 25 minut. Takže aktivované kapky mraku rostou na 10-20 µm pomalým růstem depozice par(druhá odmocnina času). Pak, když kolizní koalescence začíná a produkuje několik velkých kapek, mohou růst exponenciálně s časem.
menší kapky jsou typicky kulovité. Jakmile se tyto kapky se být nad mm v poloměru, jsou stále zkreslené, se zploštělou spodní důsledku odporu sil, a vypadají trochu jako horní poloviny hamburger bun. Mohou být dále zkresleny tak, že střed tvaru housky je tlačen nahoru tažnými silami, takže kapka nabývá tvaru připomínajícího misku vzhůru nohama.
Nakonec kapky rozbít, a to buď tím, že se dostatečně tenký, uprostřed které se rozbijí na kousky nebo kolize s jinými kapkami, tak tvrdě, že vlákna nebo listy kapaliny přerušit na jiné formě kapek. Tyto procesy vytvářejí celou řadu velikostí kapek. Déšť se tedy skládá z kapek, které mají široké spektrum velikostí. Následující video (2:50) s názvem “Jak dešťové Kapky jsou Tvořeny” začíná zjednodušený pohled na atmosféře, koloběh vody, ale pak ukazuje příklady padající kapka, kolize–srůstání, a cloud-drop rozchod.
nyní je to známá scéna. Sluneční teplo způsobuje, že voda z rostlin, jezer a oceánů se mění z kapaliny na páru. Vysoko v atmosféře se pak vodní pára ochlazuje a kondenzuje z plynu zpět do kapaliny. Tekutá voda pak padá zpět na povrch ve formě deště, sněhu, ledu nebo krupobití. Voda odtéká do potoků jezer a oceánů nebo je uložena v zemi nebo ve sněhové cestě. To je koloběh vody a popisuje náš nejdůležitější zdroj se pohybuje přes celou zemi systém, ale jako většina věcí v našem světě, když se podíváme na malé části, které tvoří celek, se můžeme dozvědět mnohem více o fenoménu. Vezměte si tvar jediné dešťové kapky. Malé kapičky vody v atmosféře mají kulovitý tvar v důsledku povrchového napětí nebo kůže molekul vody. Jak tyto kapičky rostou, stávají se těžšími a začínají padat vzduchem. Jak padají, dešťová kapka se srazí s jinými kapkami a stále se zvětšuje. Tyto větší dešťové kapky padají vzduchem rychleji odpor větru na spodní straně kapky způsobí, že se dno kapky zploští, což má za následek kapku vypadající jako hamburger. Jako pokles bude nadále klesat a růst se v určitém bodě stává příliš velký pro povrchové napětí, aby se udržela pohromadě, takže dešťová kapka se rozpadne na menší průduch kapky. Zkoumání procesů, které nevidíme pouhým okem, není nic nového. Věda a technologie se navzájem posouvají vpřed a často vedou k poznatkům a objevům na cestě. S vynálezem vysokorychlostní fotografie jsme konečně viděli nejzákladnější prvky naší vodní planety v akci. Pochopení toho, jak malá dešťová kapka padá atmosférou, více než odhaluje mýtus, že dešťová kapka padá jako slza. Ve skutečnosti je rozdíl, pokud jde o měření srážek, zejména pro pozemní radary. Pozemní radary se dívají po stranách dešťových kapek a pak odhadují vertikální a horizontální povzdech. Těžší, plošší pokles umožňuje radarům identifikovat těžší srážky. Ve skutečnosti dva radary na palubě satelitu GPM mohou také měřit velikosti kapek z vesmíru, a tak přesnější pohled na dešťové kapky nám dává přesnější pohled na to, jak se globální srážky formují.
Pro riming, zachytit nukleace a agregace, tam jsou podobné rovnice s podmínek podobných těm, v Rovnice 5.16—oblast přehnala, sbírka účinnost, relativní rychlost, a kapalina nebo pevná látka hmotnostní koncentrace menší kapky, nebo ledové. Ty jsou obvykle o něco složitější, pokud led není sférický, ale pojmy jsou stejné. Tyto led kolize–srůstání procesy jsou schopni vyrábět ledové částice dostatečně velké, aby na podzim, a pokud se tyto částice v teple, zatímco oni projdou teplé části oblaku, které může proměnit v tekuté déšť. Významná část deště v létě může pocházet z ledových srážek-koalescenčních procesů nad bodem mrazu v oblacích.
