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汽往冷处聚(6)-雪花的温度与周围空气相同?

已有 2089 次阅读 2017-4-8 17:07 |个人分类:蒸发与凝结16|系统分类:观点评述

汽往冷处聚(6-雪花的温度与周围空气相同?

张学文,20170405-8

我们就“水汽往冷处聚集”已经讨论了很多。现在讨论雪花等水颗粒的温度与其附近气温差的存在与效应。

显然,如果空中的雪花、云滴、雨滴的温度比周围的气温低,那么它会产生对应的凝结现象。

我们曾经说明汽往冷处聚在气象上可以体现地面的水汽往冷的上空转移,以致形成(凝结)云和降水。现在则进而分析空中的不同物质,空气,尘埃,凝结核,冰晶,雨滴、雨滴,雪花的温度是否存在差别。显然如果一个云滴的温度比空气温度高,它应当是蒸发,反之,云滴温度低于周围的空气,则空气中的水汽就在云滴上形成凝结(汽往冷处聚)。

气象学是测量各个高度上的空气温度的。但是这种测量得到的温度是一个区域的平均值。我们无法单独测量云滴、雪花的温度是否比环境温度更高或者更低。现在依靠物理学知识分析这个问题。

在日光下一个人穿白色的衣服,另一位穿黑色衣服,虽然当时的气温相同,但是两个人的感受不同。穿黑色衣服的吸收的日光多。他会感觉更暖和。这提示云滴与空气对太阳能的吸收特征如果不同,其温度也会不同。

我们通常把水汽看作是温室气体。其实我们也可以把空气里的颗粒:云滴、尘埃、冰晶、雨滴、雪花都看作是容易吸收太阳能,也容易对外辐射光能的物质。即它们日光下可以比周围空气更热,但是在没有日光时(如夜间)则自己向外辐射更多的光能。即这时的空中颗粒(云滴等)的温度比它周围的气温低。物质对光(特定波长)吸收能力与它本身在该波长的发射能力是正比例关系。黑体物质的辐射能力是最大的。物理学把此类物质成为黑体。我们可以把云滴,冰晶,雪花,雨滴,凝结核等看作是长波波段的黑体。即它们这些小颗粒物在没有日光时,应当比周围的空气更冷一些。而这意味着,它们容易发生凝结现象。

水汽凝结变成水要释放大量的凝结热。在空中,水汽要凝结到云滴上(或者在初期的所谓凝结核上)涉及这些凝结热的去向问题。经典气象学认为这会引起云滴温度高于空气。周少祥教授认为这以辐射的形式消化了(我支持)。这是不利于水颗粒继续发展的因子。但是云滴的辐射散热大于水滴凝结热,那么云滴就继续变大。

根据以上分析,显然,即便空气温度不算低,空气中的水汽不算多(相对湿度未必达到饱和),只要空气中存有温度更低的凝结核,云滴,冰晶,雪花,雨滴,冰雹,也会(如没有日光)产生凝结现象。即在空气中的这些局部物体上汽往冷处聚也可以发生作用。

一个雪花、一个雨滴如果它在下降中,而正常大气是下层的空气温度高,这雪花、雨滴(在一路上)比原位置时的温度差更大。即降落中的雪花,雨滴更有利于它们继续凝结长大。冰雹的形成过程可能有这个因素

在地面附近我们有时可以看到结霜的现象。但是霜不是凝结在一切物体上,而是仅凝结在物体的特殊部位。例如作物叶子的边缘,细的铁丝上。这是为什么?我们显然只能用物体的该部位的温度更低一些来说明。下面的两张照片就是在残冬时节一个铁门上结霜的情况。黑色的铁门与白色的霜颜色对比清楚。我们看到铁皮薄的部位,凸出的尖端都是容易结霜的。其物理学背景应当是物体的该部位温度更低。所以我们不应当忽略局部的温度差对凝结过程的具体影响。

 

  

悬在空气的雪花,雨滴,冰雹,雨滴、冰晶(水颗粒以及凝结核)的温度都可以与其周围的空气温度不同。这应当使它们进一步凝结或者消失的具体条件。这显然是值得进一步深入分析的切入点(待续)

 



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3 檀成龙 周少祥 张骥

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