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我一直在阅读伯杰龙过程,这是一种在中纬度地区通过产生冰晶而牺牲水滴来产生大部分降水的过程。我不明白的部分是冰相对于水的过饱和度。

来自塔巴克江南体育网页版、卢更斯和塔萨的《地球科学》:“当空气相对于水是饱和的,相对于冰是过饱和的……因此,冰晶不能与水滴共存,因为空气对冰晶来说总是“显得”过饱和。因此,冰晶开始消耗‘多余的’水蒸气……”

我不太明白相对于水和冰的过饱和是什么意思,尽管他们试图解释它。我的第一个想法是,也许在冰表面,水蒸气分子的亲和力比在空气中高,所以水蒸气分子更有可能沉积在表面,因此为什么相对于冰的相对湿度更高。然而,在我看来,“相对于”意味着水蒸气沉积在哪个表面上,而很明显,这句话说的是沉积的东西(“相对于水”)。有人能给我解释清楚吗?

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    2答案2

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    饱和蒸气压由美国气象学会定义:

    在给定温度下,一种物质的蒸气与该物质的纯液态或固相的平面表面处于平衡状态时,该系统的蒸气压;也就是说,达到饱和而不是过饱和的系统的蒸气压。

    任何纯物质的饱和蒸气压,相对于某一特定的母相,是该物质的一种固有性质,而且只是温度的函数。对于水蒸气,过冷液体上的饱和压力与冰上的饱和压力明显不同。

    当水蒸气存在于过冷的液态水之上时,水在液体形式和水蒸气形式之间不断地交换。当达到平衡时,两个方向的相变相等。如果空气饱和了,就不能再加入水蒸气了,因为水蒸气会立即凝结成液体。在这个温度下,蒸汽压是相对于水的饱和蒸汽压。记住,水可以在0°C以下存在——云通常不会完全冻结,直到温度降至-40°C左右,尽管这取决于许多因素,细节还有待于正在进行的研究。

    当水蒸气存在于冰体上时,就会发生相交换。在一定的温度和压力下,空气是饱和的,任何加入的水都会以冰的形式沉淀。在这个温度下,蒸汽压是相对于冰的饱和蒸汽压。

    说到“主体”,你可能不会想到冰冻的湖泊或液态的海洋,而是想到小的云滴或冰粒。

    这张来自佛蒙特州立大学的图表显示了水或冰上的饱和蒸汽压:

    饱和蒸气压
    来源:佛蒙特州立大学

    正如你的消息来源所说,这种差异对气象学很重要,因为它会影响云和降水的形成。

    现在说到为什么饱和蒸汽压对于水和冰是不同的,这是另一个问题。你可以在化学堆栈交换上找到比在地球科学上更多的专业知识。江南电子竞技平台江南体育网页版无论如何,我的大气科学教科书没有详细介绍。

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      我可以从两个方面看出这可能会令人困惑。第一个是相对于冰的蒸汽压,第二个是过饱和度。

      首先,我们看一下相变方程。饱和蒸汽压可以用克劳修斯克拉珀龙方程。明确地求解该方程(即不使用链接中使用的博尔顿公式),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美元是饱和蒸汽压,T_0美元是给定的温度(通常是273 K),L美元是潜热转化,和元新台币是温度。注意我说的是相变潜热,所以它可以从一个相到另一个相。因此,我们可以用L_f美元(熔化潜热);L_v美元(汽化潜热),和L_s美元(从气体到固体的升华潜热)。可以找到它们的值在这里

      相图

      三者在哪里会合三相点,但通常被称为水的冰点温度。注意下面是液体不存在的地方。相反,气体直接变成固体(沉积)。实际上,液态水可以在这个温度以下存在。过冷水),但它最终会变成气体或冰。

      我做了一个图(下图),类似于上面的相图,但没有剪掉克劳修斯曲线。注意,在273 K以下,蒸汽相对于冰的饱和压力w.r.t.比水低。这基本上是说它在变成水之前会先变成冰。然后,在273 K以上,水的蒸汽饱和曲线小于冰,这意味着273 K以上的水比冰更容易变成液态水。

      自定义克劳修斯曲线

      下一个是过饱和的概念。过饱和一般是指高于饱和的状态。在这个意义上,过饱和可以通过相对湿度超过100%来识别。虽然有些网站可能给出不同的定义,但我认为相对湿度是水进入液体(或固相)与水变成气体的比率。所以过饱和意味着空气中有足够的水蒸气,在那个温度下,形成云。

      我应该注意到,制造云的过程可能比这个答案更复杂。对此,我建议大家看看这个答案在那里我讨论科勒理论

      所以简短的回答是,空气中有足够的水蒸气形成云。但因为它低于冰点,云是通过沉积形成的,就像就形成了。

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