5.8 대부분의 강수량이 충돌 합체로부터 오는 것을 알고 계셨습니까?
5.8 대부분의 강수량은 충돌 합체로부터 오는 것을 알고 계셨습니까?
강수 강하로 성장하기위한 프로세스에는 따뜻한 구름 프로세스와 차가운 구름 프로세스의 두 가지 유형이 있습니다. 따뜻한 구름에서 프로세스는 모두 액체 방울 만 포함합니다. 차가운 구름에서 공정은 고체 입자뿐만 아니라 혼합 상(과냉각 액체와 얼음 모두)을 포함 할 수 있습니다. 가장 중요한 프로세스 중 일부는 액체 또는 고체 여부에 관계없이 방울 간의 충돌을 포함합니다.
충돌
충돌은 차가운 구름과 따뜻한 구름 모두에서 발생하며 액체 방울 또는 고체 입자 또는 둘 다를 포함 할 수 있습니다.
- 충돌-합체:큰 액체 방울은 떨어질 때 작은 액체 방울을 소거합니다.
- 리밍:떨어지는 얼음은 액체 상태의 물,표면에 얼어 붙습니다.
- 포획 핵 생성:큰 액체 방울은 작은 얼음 입자를 포획하여 얼음 핵으로 작용하여 큰 물방울을 동결시킵니다. 수집되는 입자는 얼음 핵(에서)또는 얼음 조각 일 수 있으며,이는 또한 좋은 얼음 핵입니다. 두 경우 모두 과냉각 된 액체 방울은 과냉각 된 액체 방울과 접촉 할 때 얼어 붙습니다.
- 집계:떨어지는 눈송이는 더 큰 눈송이 묶음을 만들기 위해 집계 된 다른 눈송이를 청소합니다.
구름 한 방울이 멈추면 중력이 유일한 외력이다. 구름 방울이 떨어지기 시작하면 공기 저항은 항력이라는 또 다른 힘을 형성하며,이는 속도의 함수입니다.
1 초 이내에,입자는 낙하 속도에 도달하여 항력이 중력의 균형을 정확히 맞추고 속도가 일정해진다. 이 속도를 터미널 속도라고합니다. 중력은 드롭의 부피에 의존하기 때문에,드롭 반경의 큐브로 간다. 반대로,드래그 드롭의 표면에 작용하고,그래서 드롭 영역에 따라 드롭 반경(배 속도)의 제곱으로 간다. 다른 동일한 중력과 드래그 힘을 설정하고 터미널 속도에 대한 해결,그것은 터미널 속도가 드롭 반경에 선형 변화해야한다는 것을 보여주기 쉽습니다. 측정은 이 선형 관계를 밖으로 품습니다. 예를 들어,50 미터 반경 드롭의 터미널 속도는 약 0.3 미터 초–1 이고,10 배 큰 드롭의 터미널 속도(500 미터 반경)는 약 4 미터 초-1 이며,이는 10 인자의 증가보다 조금 더 큽니다.
충돌 합체에 의해 강수량 강하에 구름 드롭의 성장은 방정식에 의해 주어진다:
d m L dt=지역 휩쓸⋅의 효율성 컬렉션⋅속도의 차이⋅액체 물 콘텐츠 d m L dt=A 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 이 방정식을 렌더링되지 않으로 인해 올바르게 호환되지 않는 브라우저입니다. 호환 가능한 브라우저 목록은 오리엔테이션의 기술 요구 사항을 참조하십시오.
- 적능력은 충돌–합체 효율(즉,295>
- )이다.(아래 그림 참조),
- 는 큰 방울의 속도이고,
- 는 더 작고 느린 떨어지는 방울의 속도이며,
- 는 액체 물 함량입니다.
아래 그림은 충돌–합체의 좋은 개념적 그림을 제공합니다. 그 중 두 가지가 충돌 할 수 있도록 컬렉터 드롭 빠르게 작은 수집 드롭보다 떨어지는해야합니다. 공기가 하락의 주위에 밖으로 활을 합리화하기 때문에,그들은 하락의 주위에 그(것)들을 가진 더 작은 하락을 나르고,효과적인 단면적은 단순히 큰 수집가 하락의 반경 및 더 작은 모아진 하락의 합계인 반경을 가진 디스크의 단면적인 실제적인 단면적 보다는 더 적은됩니다. 방울이 더 큰 얻을 때,그들은 따라서 충돌 가능성이 더 높은 만들기,공기 유선을 따라 너무 많은 관성을 가지고있다.
적능력은 10 의 10 의 10 방울을 위해 작습니다,그래서 무작위 과정에 의해,몇몇 하락은 다른 사람 보다는 더 크게 되고 더 작은 하락을 모으기 시작합니다(아래 그림을 보십시오). 적능력은 떨어지는 드롭 증가의 반경으로 증가한다. 더 큰 낙하가 100 개 이상의 반경을 얻을 때,충돌-합체 효율은 약 10-20 개의 크기로 내려가는 모든 작은 낙하에 대해 매우 좋다.
일단 수집 드롭이 몇 백개의 반경에 도달하면,그것은 빠르게 떨어지고(989>>대)충돌-합체 효율은 100%에 가깝습니다. 이제 방정식 5.16 을 다시 작성하려면 다음 단계를 수행하십시오. 이 단계를 수행 한 후에는 비례 할 수 있음을 보여줄 수 있습니다. 즉,더 큰 드롭 빨리 성장 가져옵니다. 변수 분리(아르 자형 과 티)및 통합 아르 자형=0 에서 티=0 임의의 값으로 아르 자형 과 티 알 엘 시간에 따라 기하 급수적으로 증가한다는 것을 나타냅니다:
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터미널 속도와 드롭 반경 사이의 비례 상수가 0 으로 설정됩니다.25 분 안에 충돌 합체에 의해 한 방울이 50 에서 1000 까지 성장할 수 있음을 알 수 있습니다. 따라서 활성화 된 구름 방울은 기상 증착(시간의 제곱근)의 느린 성장에 의해 10-20 으로 자랍니다. 그런 다음 충돌 합체가 시작되고 몇 가지 큰 방울을 생성 할 때 시간이 지남에 따라 기하 급수적으로 증가 할 수 있습니다.
작은 방울들은 전형적으로 구형이다. 일단 이 방울들이 반경 1 밀리미터 이상으로 올라가면,그것들은 점점 더 왜곡되고,항력 때문에 바닥이 평평해지고,햄버거 빵의 위쪽 절반처럼 보입니다. 롤빵 모양의 중간 드래그 세력에 의해 밀어 되 면 드롭 거꾸로 그릇을 닮은 모양에 걸립니다 있도록 그들은 더 왜곡 될 수 있습니다.
결국 방울은 조각으로 부서지는 중간에 충분히 얇아 지거나 다른 방울과 너무 세게 충돌하여 필라멘트 또는 액체 시트가 떨어져 다른 방울을 형성합니다. 이러한 프로세스는 방울 크기의 전체 범위를 만듭니다. 따라서 비는 다양한 크기의 방울로 구성됩니다. “빗방울이 형성되는 방법”이라는 제목의 다음 비디오(2:50)는 대기의 물 순환에 대한 단순화 된 시각으로 시작하지만 떨어지는 물방울,충돌–합체 및 구름-드롭 이별의 예를 보여줍니다.
이제 친숙한 장면입니다. 태양의 열은 식물,호수,바다에서 물 증기에 액체에서 설정 하면. 높은 대기권에서 물 증기 다음 냉각 하 고 액체로 다시 가스에서 응축. 액체 물 다음 비,눈,얼음,또는 우박의 형태로 표면에 다시 폭포. 물 스트림 호수와 바다로 실행 또는 지상 또는 눈 경로에 저장됩니다. 이것은 물 순환이며 전체 지구 시스템을 통해 우리의 가장 중요한 자원 이동을 설명하지만,우리가 전체를 구성하는 작은 부분을 볼 때 우리 세계의 대부분의 것들과 마찬가지로 우리는 현상에 대해 더 많이 배울 수 있습니다. 하나의 빗방울 모양을 취하십시오. 대기 중의 작은 물 방울 물 분자의 표면 장력 또는 피부 때문에 모양이 구형. 이 작은 물방울이 성장하는 때 무겁게 되고 공기를 통해서 떨어지는 것을 시작한다. 그들이 떨어질 때,빗방울은 다른 방울과 충돌하고 더 큰 얻을 계속. 이 더 큰 빗방울은 공기를 통해서 더 빠른 하락의 밑바닥에 바람 저항은 하락의 바닥을 햄버거 롤빵 같이 보는 하락의 결과로 평평하게 하는 원인이 된다. 물방울이 계속 떨어지고 어느 시점에서 자라면서 표면 장력이 너무 커져서 빗방울이 더 작은 나선형 방울로 부서집니다. 육안으로 볼 수없는 프로세스를 조사하는 것은 새로운 것이 아닙니다. 과학과 기술은 서로를 앞으로 나아가며 종종 그 길을 따라 통찰력과 발견으로 이어집니다. 고속 사진의 발명과 함께 우리는 마침내 행동에 우리의 물 행성의 가장 기본적인 요소를 보았다. 작은 빗방울이 분위기를 통해 떨어지는 방법을 이해하는 것은 빗방울이 눈물처럼 떨어지는 신화 정체를 폭로보다 더 많은 작업을 수행합니다. 이 지상 레이더 특히 강수량을 측정에 올 때 실제로 차이가 있습니다. 지상 레이더는 빗방울의 측면을보고 수직 및 수평 한숨을 추정합니다. 무거운,아첨 드롭 레이더 무거운 강수량을 식별 할 수 있습니다. 사실 위성위성에 탑재된 두 레이더는 우주로부터의 낙하 크기를 측정할 수 있기 때문에 비가 내리는 것을 보다 정확하게 관찰하면 지구 강우량이 어떻게 형성되는지를 보다 정확하게 파악할 수 있습니다.
리밍,캡처 핵 생성 및 집계를 위해 방정식 5.16 과 유사한 용어를 가진 유사한 방정식이 있습니다—면적이 휩쓸 리거나 수집 효율,상대 속도 및 작은 방울 또는 얼음의 액체 또는 고체 질량 농도. 얼음이 구형이 아닌 경우 일반적으로 좀 더 복잡하지만 개념은 동일합니다. 이 얼음 충돌-합체 과정은 떨어질만큼 큰 얼음 입자를 생성 할 수 있으며,이 입자가 구름의 따뜻한 부분을 통과 할 때 따뜻해지면 액체 비로 변할 수 있습니다. 여름에 비의 상당 부분은 구름의 동결 라인 위의 얼음 충돌-합체 과정에서 올 수 있습니다.
