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云降水物理学 杨 军 Email：jyang@ Web: 42/faculty/jyang/jyang.php 1 第六章 云雾的形成 ——核化理论 成核作用 核化过程：形成云雾质粒的过程。 自发核化 （同质核化）：单一相态分子中没有 其它物质存在时发生的核化过程。 对水而言，水汽以几个水分子集合体为中心聚集成 液体（凝结）或固体（凝华），或者以过冷却水中 的水分子集体为中心形成冰晶（冻结）。如把这些 微小的水分子集合体看成核，则这种无异质核存在 时的核化现象称为自发核化或同质核化。同质是指 结成的核心不是异性物质，都是水分子的意思。上 述三种过程的自发核化分别称为：同质凝结核化、 同质凝华核化和同质冻结核化。 异质核化：有异质核存在时的核化现象。 2 成核作用 异质核化：有异质核存在 时的核化现象。 3 同质凝结核化 在大气中水汽较丰沛时，其中有些水汽分子就会偶 然结合成微滴。如果其大小超过某个临界值，它将 能稳定存在。平均来说，大于临界尺度的微滴将会 增长，而小于临界尺度的微滴就会消失。 4 同质凝结核化 5 同质凝结核化  因此，微滴增长和消失的速率之间的平衡值就决定 了微滴的临界尺度。其大小由前面纯水滴饱和水汽 压中介绍的Kelvin公式决定，即 2a E r ,其中S r R T ln S E l v  6 同质凝结核化  1897年，Wilson令一个内含纯净无杂质的且相 对湿度为100%的空气云匣发生膨胀，第一次发现 在膨胀冷却到相对湿度达800％以上时，才出现自 发凝结现象。 在这样大的相对湿度下，水汽分子才能克服由于温 度和密度造成的微观起伏，自发地排列成团，形成 微水滴。  同质凝结核化发生的相对湿度界限，称为阈湿。 结论：自然条件下不可能出现水汽同质核化凝结形 成水滴。 7 同质凝华核化 将同质凝结核化公式中的各汽液相参数改为相应的 汽固相参数，可得 2a E r ,其中S r R T ln S