70635 meteo0

szym wznoszeniu powietrza, a wielkość tego osłabienia zależy od ilości skraplanej wody, ta zaś od temperatury, w jakiej zachodzi kondensacja: im wyższa temperatura, tym większa zawartość pary wodnej i tym samym ilość skondensowanej wody, a zatem mniejszy spadek temperatury z wysokością. Ten spadek temperatury we wznoszącym się powietrzu zawierającym nasyconą parę wodną nosi nazwę gradientu wilgotnoadiabatycz-nego (y_iv). Jego wielkość w temperaturze -20°C wynosi y_w = 0,88°C/100 m, w temperaturze 0°C y_w = 0,66°C/100 m, a w temperaturze +20°C y_w = 0,44°C/'100 m (w ciśnieniu atmosferycznym 1000 hPa).

Do wznoszenia się powietrza i tym samym jego adiabatycznego ochładzania dochodzi w obrębie prądów wstępujących (konwekcyjnych), na frontach atmosferycznych i podczas przekraczania barier orograficznych. Widomym skutkiem ochładzania się powietrza do punktu rosy i pojawiania się kondensacji paiy wodnej jest we wszystkich tych wypadkach powstawanie chmur.

W niektórych sytuacjach nasycenie pary wodnej może być skutkiem zwiększenia jej ilości w powietrzu. Sytuacja taka zachodzi w bezpośrednim sąsiedztwie parującej cieplejszej powierzchni (wody lub wilgotnego podłoża, a także opadu) z chłodniejszym wilgotnym powietrzem. Wyparowana woda jest przenoszona drogą dyfuzji i w chłodniejszym powietrzu podlega natychmiast ponownej kondensacji. Tak powstają niektóre rodzaje mgieł.

Stan nasycenia pary wodnej może być też skutkiem mieszania się wilgo tnego powietrza o różnej temperaturze. Para wodna zawarta w cieplejszym powietrzu może wystarczyć do nasycenia powietrza o temperaturze obniżonej na skutek zmieszania z powietrzem chłodniejszym. Tą drogą tworzą się również mgły.

W wyniku kondensacji par}' wodnej w powietrzu powstają bardzo drobne kropelki wody lub - w temperaturze znacznie poniżej 0°C - kryształki lodu. Woda pozostająca w stanie ciekłym w temperaturze ujemnej nosi nazwę wody przechłodzonej. Możliwe jest jej występowanie w atmosferze nawet do temperatury -40°C (Dunlop, 2001).

4.2. Rola jąder kondensacji

Gdyby powietrze było całkowicie czyste, nawet przy znacznym przesyceniu pary wodnej, kondensacja by nie nastąpiła. Dopiero przy 4 krotnym przesyceniu pojawiłaby się kondensacja pary wodnej na jonach ujemnych, które zawsze znajdują się w powietrzu, a przy 6-krotnym- również na jonach dodatnich (liibarne, ('ho, 1988). Stan aż tak wielkiego przesycenia jednak nigdy w atmosferze nie występną

W powietrzu znajdują się zawsze aerozole e/nstki Mali . irkl. i gazowe różnego pochodzenia: kryształki soli morskich (zwłaszcza chlmki smln) klnie dostają się do atmosfery w wyniku rozpryskiwania fal, rozdinbmnin • i iki miiieialne z powierzchni lądowych, pyły i gazy z wybuchów wulkanów, .ad,« i pupn 4', pi». .nm\ lasów, pyły roślinne, bakterie i wirusy, a także różnoiodm ,n-i•    ....... >|>.. m. m Ich ilose jest

ogromna: w „czystym” powietrzu nad on ,m mu i •    .a ■    .    11 i jd 11 p się ok.

tysiąca cząstekw centymetrze sześciennym '• "b n i. < i i i. h . d In i\ . , a w miastach nawet 100 tys. i więcej. Największa lin ■ ..... 'm pi p ■■ >. i . hm /.iemi.

będącej ich źródłem, ale dzięki występowaniu ruchów pionowych w swobodnej atmosft rze na wysokości powyżej 5 km w 1 cm³ powietrza znajduje się jeszcze kilkadziesk cząstek aerozolu.

Wśród cząstek zawieszonych w powietrzu zdecydowanie przeważają te o najmnie szych rozmiarach - o promieniu 0,005-0,1 urn; są to tzw. jądra Aitkena. Są one tak drol ne, że w warunkach naturalnych nie mogą stanowić jąder kondensacji (Glossciiy ofMetce rology, 2000). Jest ich przeciętnie ok. tysiąca i więcej w 1 cm³ powietrza. Poza lyi znajdują się tu jądra duże-0,1-1 pm (ok. lOOw 1 cm³) ijądra olbrzymie (gigantyczne) o promieniu powyżej 1 pm (przeciętnie lwi cm³); ich liczba w powietrzu jest w rzec/.' wistości bardzo zróżnicowana.

Gdy wskutek ochładzania się powietrza para wodna staje się nasycona, w pierwszi kolejności aktywizują się największe jądra kondensacji o właściwościach higroskopi nych. W miarę dalszego spadku temperatury i wzrostu przesycenia stopniowo aktyw żują się jądra kondensacji o coraz mniejszych rozmiarach. Proces ten trwa tak długo, £ w powietrzu wystąpi stan równowagi - „usuwanie” pary wodnej na skutek jej skraplam zrównoważy skutek ochładzania, które powiększa przesycenie. Przesycenie pary osiąą wówczas maksimum, po czym maleje i dalsze cząstki aerozolu już się nie aktywizuj Aktywizowana jest tylko niewielka część znajdujących się w powietrzu cząstek (najwyż kilkaset w centymetrze sześciennym). Każde zaktywizowane jądro kondensacji staje s zarodnikiem kropelki chmury (lub mgły, jeśli powietrze ochładza się od podłoża) (Ii barne, Cho, 1988).

Początkowa faza kondensacji, czyli pojawianie się kropelek wody na jądrach ko densacji, nosi nazwę nuSdeacjr². Nukleacja na różnorodnych jądrach kondensacji miłdeacjja heterogeniczna, w odróżnieniu od nuldeacji na zarodkach tej samej su stancji, której faza podlega zmianie, to znaczy na kryształkach lodu, zwanej imkleac homogeniczną (Glossary of Meteorolog}’, 2000).

Opisany przebieg procesu kondensacji jest związany ze zróżnicowaniem maksyma nego ciśnienia pary wodnej (inaczej - prężności nasycenia) nad różnymi rodzajami p wierzchni. Jego wartość zależy przede wszystkim od temperatury powietrza, wraz z n bardzo szybko wzrasta (rys. 2.1). W tej samej temperaturze jednak maksymalne ciśni nie pary wodnej przybiera nieco inną wartość w zależności od kształtu powierzeb wody, od tego, czy jest to powierzchnia wody czy roztworu, a także czy jest to powierzc nia wody czy lodu (rys. 2.1).

Wartości maksymalnego ciśnienia pary wodnej (podane w tab. 2.1 i na rys. 2.1) o noszą się do powierzchni płaskiej, jaką zwykle jest parująca powierzchnia wody. N powierzchnią wypukłą (którą mają krople wody) to ciśnienie maksymalne jest jedn tym wyższe, im większa jest krzywizna powierzchni, czyli im mniejszy promień kropę (ma to związek z napięciem powierzchniowym kropelek; w związku z tym również nić symalne ciśnienie pary wodnej nad powierzchnią wklęsłą jest mniejsze niż nad płaski rys. 4.1). Aby więc wystąpił w chmurze wspomniany stan równowagi, w obecno; małych kropelek stan przesycenia musi być większy niż wokół większych kropel. Stv rza to możliwość dalszego wzrostu tych ostatnich.

“ iac. nucleus - jądro

66