更新时间:2022-08-25 14:27
云和降水微物理学是研究云滴、冰晶、雨滴、雪花、霰粒和雹块等云和降水粒子的形成、转化、聚并增长的规律的学科,是云和降水物理的组成部分。
成云致雨要经历一系列复杂的微物理过程,湿空气抬升膨胀冷却达到饱和,在云凝结核上凝结生成云滴,并在过饱和条件下凝结长大,云内较大尺度的滴可以在下落过程中因其落速大于小尺度滴而追上小滴,发生碰撞并合,而逐渐长大,最终成为雨滴落下,此称为暖云过程。云如能发展到零度等温层以上高度,云中的水汽或过冷水在冰核上凝华和冻结生成冰晶,并在过饱和水汽下凝华长大。
冰晶间可以发生聚并而成为雪团,冰晶可以碰并过冷水产生结淞而长大,条件许可下可能长成霰或雹。冰晶落入过冷水区由于在同温度条件下,冰面饱和水汽压低于水面饱和水汽压,而发生水滴蒸发和冰晶凝华长大的冰水转化过程(又称贝吉龙过程),这是冷云过程。冰雪,霰雹落入暖区后可以融化,并继续与暖云中的云滴碰并,最终成雨滴落下。
雨滴尺度在实际大气中大到6毫米后会自发破碎,雨滴碰并雨滴时也会发生破碎。冰晶在增长过程中淞附过冷水滴时,水滴冻结会发生冰晶繁生现象,冰晶浓度可急剧增加。开展云微物理研究,可应用装有探测不同尺度和浓度的粒子的专用仪器的飞机,对云和降水粒子的尺度浓度的时空分布进行探测,对降水物还可在地面收集样品进行分析。
利用专门设计建造的云室和云雾风洞可以对云和降水粒子的物理特征如形貌,下落速度,以及凝结,蒸发,凝华,碰并等微物理过程进行室内模拟实验。利用外场和室内模拟的结果,根据物理规律建立微物理的理论模型,应用计算机进行数值模拟也是有力的研究手段。
对于云和降水粒子形成、增长和转化的规律的认识,主要是从理论研究和可控条件下的实验中得到的。实际上,自然云的环境和相应的微物理进程十分复杂,加上观测方面的困难,对它们的认识还很粗浅。因此云和降水微物理学的发展方向,主要是探测和研究以自然云为宏观背景的粒子群体的演变规律。