过度饱和对冰是什么意思?

Question

我一直在阅读有关Bergeron过程,这一过程产生的降水在中纬度地区产生冰晶的水滴。那部分我不明白是过度饱和对冰与水。

从地球科学江南体育网页版Tarbuck、Lutgens Tasa:“当空气饱和水,它是过饱和冰。。。因此,冰晶不能与水滴,因为空气总是共存”出现“过饱和冰晶。因此,冰晶开始消耗多余的水蒸气。”

我并不完全明白过度饱和相对于水和冰的意思是,即使他们试图解释它。我的第一个念头是,也许在冰面,水蒸气分子的亲和力是高于空气,所以水蒸气分子更容易沉积在表面,因此为什么相对湿度对冰较高。然而,在我的思想,“关于”意味着表面水蒸气越来越沉积,当明确的声明说,被沉积(“关于水”)。谁能解释这个明显给我吗?

Answer 1

的饱和蒸汽压由美国气象学会定义:

系统的蒸汽压,在给定的温度下,物质的蒸汽平衡的平面的,物质的纯液体或固相;也就是说,系统达到饱和蒸汽压的但不过度饱和。

纯物质的饱和蒸汽压,对指定的父阶段,是物质的固有属性,是温度的函数。水蒸气的饱和压力在过冷液体明显不同于在冰。

当水蒸气存在过冷液体的水,水是液体和水蒸气之间交换不断形成。当达到平衡时,在两个方向上都有平等的相变。如果空气变得饱和,没有更多的水蒸气可以添加到它,因为它会立即冷凝液体形式。在这个温度,蒸汽压力是对水的饱和蒸汽压。记住,水可以存在低于0°C -云通常不完全冻结,直到温度下降到-40°C,虽然这取决于许多因素和细节进行研究。

当水蒸气存在冰的身体,有一个相交换。在一定的温度和压力、空气饱和,任何水添加将凝结成冰。在这个温度,蒸汽压力是饱和蒸汽压对冰。

的“身体”与其说你应该想到一个冰冻的湖泊或海洋,而是液体的小粒子云滴或冰。

这张图来自佛蒙特州州立大学展示了饱和蒸汽压在水或冰:

来源:佛蒙特州州立大学

正如源代码所说,这种差异对气象学非常重要,因为它影响云和降水的形成。

现在,为什么饱和蒸汽压不同对水比关于冰是另一个问题。你可能会发现更多的专业知识,在化学堆栈比在地球上的科学交流。江南电子竞技平台江南体育网页版我的大气科学教科书在任何情况下不详细。

Answer 2

我可以确定这可能混淆的两个部分。第一个是蒸汽压对冰,和第二个是过度饱和。

首先,让我们看一下相变的方程。饱和蒸汽压可以描述的克劳修斯Clapeyeron方程。求解这个方程显式(即不使用博尔顿的公式中使用的链接),我们发现$ $ e_s (T) = e_s (T_0) \ exp(\压裂{L} {R_v}[\压裂{1}{T_0} - \压裂{1}{T})) $ $

在哪里e_s美元饱和蒸汽压,T_0美元是一个给定的温度(通常是273 K),L美元是转换潜热,元新台币是温度。请注意,我说的是转换潜热,所以它可以从一个阶段到另一个。因此我们可以使用相空间图所示L_f美元(熔化潜热),L_v美元(汽化潜热),L_s美元(升华热,气体,固体)。这些可以找到的值在这里。

所有三个见面是在哪里三相点,但更通常被称为水的冰点。注意到它下面的液体是不存在的。相反,气体直接进入固体(沉积)。在现实中,液态水可以存在低于这个温度(过冷水),但它最终会变成一个气体或冰。

我做了一个图(下图),类似于上面的相图,但不夹了克劳修斯clapeyeron曲线。注意,低于273 K,蒸汽的饱和压力关于(对)冰比水低。这基本上说,它将首先之前变成冰变成水。273 K以上,蒸汽饱和曲线关于水不到冰——这意味着更容易变成液态水273 K以上比冰的饮料。

下一个是过度饱和的概念。过度饱和一般指超过饱和的状态。从这个意义上说,过度饱和可以确定通过相对湿度超过100%。虽然一些网站可能给不同的定义,我认为相对湿度是水进入液体的比例(或固相),水变成气体。所以过度饱和意味着有足够的空气中水蒸气,在这个温度下,形成云。

我应该指出,使云的过程可以比这更复杂的答案。为此,我建议看这个答案在我讨论科勒理论。

简短的回答是,有足够的空气中水蒸气形成云。但因为它是低于冰点,云是通过沉积形成的,就像如何霜就形成了。