Л.Т. Матвеев - Курс общей метеорологии. Физика атмосферы (1115251), страница 68
Текст из файла (страница 68)
2! Заказ ж 241 На конференции по атмосферным ядрам конденсации (1956 г.) было принято следующее распределение ядер по их происхождению: а) ядра морского происхождения — 20%; б) продукты сгорания — 40%; в) частицы почвы — 20%; г) ядра неизвестной природы — 20 %. Число ядер конденсации колеблется в широких пределах. Среднее число ядер в 1 см' вблизи земной поверхности составляет: около 150000 в больших городах, 35000 в небольших городах, 9500 в сельской местности, 940 над океанами и в горах (максимальные значения в городах достигают нескольких миллионов).
Судя по концентрации капель в нижней части облаков, число активных ядер колеблется от 10' до 10' см-'. Над материками большинство ядер неактивны и не принимают участия в конденсации. С ростом высоты число ядер конденсации убывает. Среднее число ядер конденсации и в 1 см' на различных высотах (по данным измерений И.
И. Гайворонского на аэростатах) составляет: Общие услевня фазовых переходов воды в атмосфере 323 Облака, туманы н еслдлл 322 13 Ядра конденсации при движении сталкиваются друг с другом. Часть таких столкновеннй приводит к слипанию (объединению) ядер. Этот процесс называется коаг//ляг(ней. На рис. 13.5 приведена зависимость промежутка времени т, в течение которого концентрация ядер уменьшается в 2 раза (по сравнению с первоь начальным значением п,). от и, и радиуса ядер (для случая их одинаковых размеров). Из рисунка следует, что при одном и том же значении по более мелкие частицы коагулируют быстрее, чем крупные.
В неоднородном аэрозоле скорость уменьше1 ния числа частиц под влиянием Ъ коагуляции возрастает. ма Данные табл. 13.3 показывают, что, например, скорость коагуляции (пп/г/1)),х частиц радиусом г! = 10-7 см и частиц раа5 (Оп/„, янусом гь в 20 раз ббльшим, в 5,27 раза больше скорости Рис. 13.3. Вертикальное распределе- коагуляции (г/и/)21)), ! только ние ядер конденсации (среднее за мелких частиц и в 78 раз больше 1960--!964 гг.). скорости коагуляции (йа/с(1)з а ташкент: ! — лето !левь), 3 — зима !утра); толькО более крупных частиц. клев 7 — лета' !день), к — зама !ттае).
В крупнь)х городах число ядер конденсации вблизи поверхности земли заметно уменьшается от зимы к лету (минимум концентрации приходится на июнь). Причиной такого изменения концентрации ядер в течение года является колебание интенсивности турбулентного обмена. Летом при более развитом обмене ядра переносятся в более высокие слои, что ведет к уменьшению их концентрации вблизи земной поверхности н увеличению ее на более высоких уровнях. Немаловажную роль играет также из- гхм У таблица !3.3, Значении отношений (г/п/г/1)!л к (г/и г/1)! ! и (!/п/г)1)ьх н (!/и/мг)т,т (в знаменателе) при различных значениях г, и гт/г, г.,)г, г, гм )е 0,941;1,86 0,967,71,67 1,060,'1,28 1,56/7,30 1,59,'4,93 1,71,2,39 2,79123,0 2,81/11,5 2,93/4,0 5,27/78,0 5,28/26,5 5,30 7,9 1О т 10-е 10 з менение выброса ядер в атмосферу в результате хозяйственной деятельности человека. Зимой их выбрасывается в атмосферу больше, чем летом (в основном за счет отопления).
Такой же, как вблизи земной поверхности, годовой ход ядер конденсации наблюдается примерно до высоты 500 м. Начиная с уровня 750 м происходит обращение годового хода: здесь наибольшие концентрации наблюдаются летом, наименьшие зимой, что также обусловлено турбулентным обменом. и СИ д)-7 3 10.7 10 3 10' 10 ' ,10' Пе СИ 10~ 10 10" 105 1п/пе 0,5 -г -1 0 ! Ы(п/па/ 70е 105 /абт С Рис. !3.5. Промежутки времени, необходимые для уменьшения концентрации однородного азрозоля а 2 раза.
Р !3 4 Распреде .ие ядер ко,! леисации по высоте а дии с кучевыми облаками. !) л)л., 7) )К )л,'л,). В южных пунктах (в частности, в Ташкенте) максимум концентрации ядер конденсации до высоты 1500 м наблюдается в конце лета и осенью, а минимум — весной и в начале лета, Такой ход объясняется увеличением запыленности приземного слоя (лессовой пылью, поднимаемой с почвы) в конце лета. Под задерживающими турбулентный обмен слоями (особенно инверсиями) число ядер конденсации и увеличивается. Внутри кучевого облака число свободных ядер конденсации значительно меньше, чем на тех же уровнях вне облака; при этом количество исчезающих ядер в несколько раз больше числа наблюдающихся в том же объеме капель (табл.
13.4). к В атмосфере, как показали исследования, встречаются ядр ра онденсации, размер которых изменяется н широких пределах — от 10-' до 10 — ' см. В настоящее время ядра кондентации по размерам делят на три группы: 1) частицы радиусом от 5 1О "до 2 1О-' см, которые называют ядрами Айгкена (поскольку основным прибором для их обнаружения служит счетчик ядер Айткена); б) частицы ра- 21* 325 13 Облака, туманы и осадки Место наблюдения "клин ылкс ср 4450 1360 730 220 500 !340 1!!О 400 90 240 6680 1670 980 490 730 Под облаком Основание облака Середина облака Вершина облака Над облаком Облака Туман и дьщка л1риродв ядер 5 20 11 3 11 25 !б !7 !4 18 12 16 !6 28 8 5 Морская соль Продукты сгорания Частицы почвы Ядра неизвестного про- нсхождення Ядра конденсвинн гя икт 42 500 !32 2,08 О, 088 0,0244 0,0051 Айткена Крупные Гигантские 17 26 23 4,2 5,1 9,1 1 — 2 2 — 3 3 — о 5 — !О 39 57 Всего Вещество Число троб Район Холодное полугодне 9,54 0,45 1,12 12,2 0,93 1,78 0,71 0,00 0,08 2,41 0,11 0,28 1,50 О,!1 0,18 6,31 1,35 2,06 5,90 0,31 0,58 36,4 4,8! 6,94 1,31 0,07 0,20 8,80 1,03 1,3! 2,10 0,13 0,36 7,83 1,21 1,80 3,!9 О,!5 0,42 10,6 1,20 1,84 Смяв Сы„н Сер Смаке Сини 43 0,71 0,03 0,09 4,40 1,21 1,64 48 Теплое полугодне 1 1! 3,60 0,28 0,61 8,10 0,35 1,2! 2,7! 0,23 0,49 ?,60 0,41 0,91 Смаке С„в„ с, Смаке Сми Сер 1,70 0,21 0,42 3,60 0,74 1,23 5,33 0,31 0,75 8,90 1,00 1,93 1,20 0,10 0,24 3,40 0,31 0,84 3,80 0,27 0,59 8,40 1,21 1,78 16,0 1,51 2,41 18,4 1,20 2,74 !9,8 0,60 1,66 26 о 3,10 6,98 10 Рпс.
13.6. Функция распределения гигантских ядер конденсации [ир (г)1 над Гавайскими островаын (г при =99 е/ ) Цифры у кривых — сиорость ветра в бал- 47 ю 10 'г 10 " 10 ю .0-в 10-в 10мш а Таблица 13.4. Число ядер конденсации в 1 см' кучевого облака, выше н ниже его Таблица 13.5. Число и и масса ш ядер конденсации в различных группах (по Юнге) диусом от 2 10-' до 10-' см, называемые крупными ядрами; в) частицы радиусом больше !О ' см, называемые гигантскими ядрами конденсации.
Распределение числа частиц и их массы между тремя группами по данным 25 серий измерений во Франкфурте-на-1'(айне (ФРГ) приведены в табл. 13.5. л га1г) мг Как видно из таблицы, несмотря 10' на то что число крупных и гигант- ских ядер мало по сравнению 10 б с количеством ядер Лйткенз, вклад их в обшую массу ядер ю' наибольший. Распределение ядер конденса- 10" ции по размерам приведено на рис. 13.6. По осн ординат отло- 10У жены значения ненормированной интегральной функции распреде- 1О ления, т.
е. пр,(г) — число частиц, Общие услови» фазовых иеретодов воды в атмосфере радиус которых больше данного значения г. Совершенно естественно, что с ростом г эта величина может только убывать. С увеличением скорости ветра, как следует нз рис. 13.6, число ядер конденсации возрастает. В заключение отметим, что далеко не все содержашяеся в атмосфере частицы примесей служат центрами конденсации, на которых образуются капли облаков и туманов. В атбл. 13.6 приведены данные о числе ядер конденсации п, которые обнаружены в каплях об- Таблица 13.6.
Число ядер конденсации (в ! см'), содержащихся в каплях облаков н туманов Таблица !3.7. Концентрация (С) различных веществ в атмосферных примесях в слое 250 — 1000 м (миг!ма) с 2 ЗОВ ~ С1- ( НОЗ ! ННВ ~ Нае ~ Ке ) Ма'+ Саве Облака, ттмамм и осаааи 326 14 327 Вааииасть аоаатка лаков и туманов, по измерениям Куроива (1), Ямамото и Отаке (11). Сравнение данных табл. 13.4 и 13.6 показывает, что водяной пар конденсируется на сравнительно небольшом числе частиц, содержащихся в облачном воздухе.
Из табл. 13.6 следует, что основным источником активных ядер конденсации являются продукты сгорания. Химический состав атмосферных примесей изучен к настоящему времени недостаточно. Над материками примеси состоят из растворимых и нерастворимых в воде веществ, причем доля последних оценивается в 70 — 80 %, В табл. 13.7 приводятся сведения о концентрации различных химических веществ в составе атмосферных примесей по измерениям в слое 250 — 1000 м в двух районах: Мурманск — Ленинград — Рига (1) и Минск — Киев — Одесса — Симферополь (П). Абсолютные значения концентрации различных составляющих аэрозоля испытывают большие колебания в зависимости от метеорологических и местных условий.
Замечено, например,что концентрация морской соли над океаном быстро убывает с высотой, в то же время над материком (центральная часть США) она практически не изменяется до высоты 3 — 4 км. Общая масса морской соли в вертикалрном столбе атмосферы составляет: 11,2 мг/м' на Гавайских островах, 7,2 мг/ма в Карибском море, 6,8 мг/м' на п-ве Флорида. Активность частиц как ядер конденсации определяется не только степенью гигроскопичности и размером частиц, но и поверхностным натяжением, от которого зависит равновесное давление, а также пористостью поверхности частицы и др. Последние факторы особенно значимы для частиц искусственного происхождения (промышленные выбросы, продукты сгорания). Глава 14 Влажность воздуха Водяной пар поступает в атмосферу в процессе испарения с земной поверхности.
В атмосфере водяной пар переносится упорядоченными воздушными течениями и путем турбулентного перемешивания. Под влиянием охлаждения водяной пар в атмосфере конденсируется — образуются облака, а затем и осадки, выпадающие на землю. Благодаря процессам испарения и конденсации в атмосфере непрерывно происходит круговорот воды, в котором участвует значительная ее масса. В среднем многолетний круговорот воды на Земле характеризуется следующими данными: Сгоь, мм/гоп Испареиие.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
