Конденсация водяного пара ,

Вода – самое распространенное и единственное вещество планеты, которое может находиться в естественных условиях сразу в нескольких фазовых соединениях: газообразном, жидком и твердом. Фазовое равновесие воды осуществляется при температуре около 0 °С и упругости пара е=6,1 гПа (рис. 1).

Точка 0, при значениях которой наступает метастабильное равновесие между льдом, жидкостью и паром, называется тройной точкой, а линии АО – линией таяния, СО –кривой испарения, ВО – сумблимации и В'О – насыщения над переохлажденной водой. Исследования показывают, что в гомофазной среде (содержащей только атмосферные газы и водяной пар) переход из газообразного в жидкое состояние (конденсация) молекул воды осуществляется лишь при четырехкратном перенасыщении воздуха водяным паром. Следовательно, в реальной (гетерофазной) атмосфере конденсация водяного пара возможна при соблюдении двух условий: достижении состояния насыщения и наличия частиц, способных выполнять роль подложек для укрупняющихся комплексов молекул водяного пара. Эти частицы носят название ядер конденсации (сублимации).

Рис.1. Упругость насыщения водяного пара над водой СО, льдом ВО и переохлажденной водой В׳О.

По своей природе ядра конденсации подразделяются на четыре группы:

- наземные (частицы вулканической пыли, почвы, пыльца растений и пр.),

- промышленного происхождения (продукты горения, пары кислот, щелочей, солей и т. д.),

- частицы морской соли

- неизвестные частицы (космические, продукты фотосинтеза и атмосферных химических реакций

По размеру ядра конденсации подразделяются на ядра Айткена (10^{-4 см), метеорологические (от 10-4} до 10^{-3 см) и гигантские (> 10-3 см). Наиболее активными ядрами являются более крупные частицы, в первую очередь частицы морской соли, капли растворов кислот, щелочей и солей, а также твердые гигроскопические частицы. В 1 см3} воздуха содержится огромное число частиц, способных выполнять роль ядер конденсации. Над промышленными городами средняя концентрация ядер составляет около 150 000 в 1 см3. Сельский воздух содержит таких частиц около 10 000, морской и горный – до 1000 единиц в 1 см³. Вот почему туманы в городах возникают чаще и бывают интенсивнее, чем в сельской местности.

С высотой концентрация ядер конденсации быстро падает и на высотах 10 км, например, составляет не более одного на 1 см³ (т. е. соответствует числу капель в облаках на этих высотах).

Вопросы для самоконтроля:

1. В чем особенности процесса испарения?

2. Назовите характеристики влажности воздуха, имеющие размерность давления. Каково соотношение между ними?

3. Дайте определение относительной влажности. Как изменяется относительная влажность с изменением температуры, с изменением упругости е, с изменением точки росы t_d?

4. Каково соотношение между упругостью е и упругостью насыщения Е?

5. В чем состоят особенности процесса конденсации?

6. Каковы суточные и годовые характеристики влажности?

Лекция 4. Облака и туманы. Атмосферные осадки.

План лекции:

1.. Понятия туманов и облаков.

2. Классификация облаков и туманов.

3. Связь облачных структур с типом погоды.

4. Атмосферные осадки.

5. Влияние осадков на дальность видимости и работу судовых РЛС.

Рекомендованная литература:

Основные теоретические положения: