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  • 1 # 使用者1714489598355

    雪和雨在大氣科學/氣象學領域統稱為降水(Precipitation),而氣象上面的降水又可以分為雨(Rain),雪(Snow), 冰(Hail),霰(Graupel/Sleet)雨滴和雪都是在雲中產生,隨著雨滴和雪的重量越來越大而使得浮力(buoyancy)變為負值,降落到地面,讓我們感受到的。或者雨幡(Virga 還沒掉落到地上就已經蒸發掉了)所以首先我們要知道雲是怎麼形成的。主要是暖溼氣塊抬升到,溫度隨高度降低,空氣中水汽一定,空氣在抬升凝結高度上 (LCL)達到飽和(RH 大於等於100%),水蒸氣(water vapor)在水汽凝結核(condensiation nuclei)上凝結成了雲中的水滴。最後形成了雲。

    一般情況雲滴(tipical size: 20㎛)比水汽凝結核(0.2㎛)大100倍以上,而雨滴(2000㎛/2mm)又比雲滴(20㎛)要大100倍以上。大概1百萬(

    1000000

    )個雲滴才能形成一個雨滴(按體積算長*寬*高=100*100*100倍)。

    雲滴形成雨滴/雪的方法簡單概括有兩種:

    第一種:碰撞結合過程(collision coalescence process)

    這個過程只發生在雲中的水滴之間。而且主要是大水滴下降速度(上升速度)比小水滴快,使得他們相互結合而變的更大而形成了雨滴。

    第二種:冰晶過程(ice crystal process)

    我們知道發展旺盛的積雨雲按水的相態(phase)一般可以分為暖的底層(只有水滴)、冷的高層(只有冰晶、溫度低於-40)和過冷水滴與冰晶混合的中層。

    第一種也是最簡單的方式:直接降溫到-40度一下,空氣達到過飽和狀態,即使缺乏凝結核,水蒸氣也能直接變成冰晶。

    第二種:

    第一步:在混合層裡面,這些過冷水滴處於一個平衡態(equilibrium,說明雲中的空氣是足夠溼潤使得:水蒸氣凝結成水滴的速率=水滴蒸發成水蒸氣速率)。

    第二步:冰晶在同等溫度條件下昇華的速率<過冷水滴的蒸發(昇華需要更多的熱量,這個速率要慢於蒸發的速度)。在這種情況下冰晶和其周圍環境不需要達到平衡態(沒有那麼容易昇華)。

    第三步:在混合層中,空氣一般都是足夠溼潤的(保持水滴到達平衡態),水蒸氣既可以凝結在雲滴上,也可以凝華在冰晶上。

    第四步:當這個過程開始後,冰晶過程可以產生各種形狀的冰晶。水蒸氣凝華在冰晶上面變大,形成雪結晶。(SnowCrystals.com 這個網站展示了很多不同形狀的雪花)

    之後會有很多過程發生在降落的雪的結晶上。

    可能會被強風分解成小雪結晶,然後每個小雪結晶可以作為新的冰晶核又獨自經過冰晶效應形成新的雪結晶。這個過程往復,生成了更多的雪花(前提是雲中空氣要足夠溼潤)。在降落過程中,溫度低於0度,落地為雪。如果溫度高於0度,可能落地為雨。

    也有可能很多雪的結晶碰撞結合在了一起,形成了雪花。雪的結晶很小通常只有幾十毫米,雪花就比雪的結晶大多了。而雪的結晶結合形成雪花的過程叫做聚合(aggregation)。

    還有可能雪的結晶和雲中水滴碰撞結合。這些水滴會附著在雪的結晶表面。這個過程一般會叫做....中文不知道,大概叫霜結/冰結?,英文是riming or accretion。這個過程主要是形成體型較大的冰雹或霰。

    雲的區別:

    冰晶形成的雲:

    捲雲(cirrus)系列(溫度低於-40度)

    對流發展旺盛的對流雲的高層 --> 雲砧(anvil cloud)

    水滴形成的雲:

    一般溫度比較高,且對流不是很旺盛,比如層雲,普通的積雲

    但是對於強對流雲來說,一般都是三層結構,雲底層是水滴,中間混合層,高層冰晶。

    最後送一張:不同條件形成冰晶,雨的示意圖

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