Köhler理論

Köhler理論(Köhler theory)基於平衡熱力學,描述了水蒸氣冷凝並形成液體雲滴的過程。它結合了描述由於曲面引起的飽和蒸氣壓變化的開爾文方程,以及結合了描述溶液蒸氣壓與其濃度關係的拉烏爾定律。Köhler理論是雲物理學領域的重要過程。[1]它最初由烏普薩拉大學氣象學教授Hilding Köhler1936年發表。

Köhler方程:

其中液滴水蒸氣壓力平坦表面上相應的飽和蒸氣壓,是液滴表面張力純水密度是水的分子量溶質摩爾數是雲滴直徑

Köhler曲線

Köhler曲線是Köhler方程的圖像描述。它顯示了雲滴在液滴直徑範圍內與環境(大氣)平衡的過飽和度。曲線的確切形狀取決於溶質的和組成成分。溶質為氯化鈉的Köhler曲線是不同於溶質是硝酸鈉硫酸銨的。

 
Köhler曲線顯示了臨界直徑和過飽和度是如何取決於溶質的量的。這裡假設溶質是氯化鈉的完美晶體

右圖顯示了氯化鈉的三個Köhler曲線。對於溶解直徑等於0.05微米的溶質的液滴,選取圖中的點為濕潤半徑為0.1微米,過飽和度為0.35%,由於相對濕度超過100%,液滴會增大直到達到熱力學平衡。但隨着液滴的增長,它不會遇到平衡,因此可以無限制地增長。然而,如果過飽和度僅為0.3%,則液滴將僅增長直至約0.5微米。液滴能夠無限制增長的過飽和度稱為臨界過飽和度。曲線峰值的直徑稱為臨界直徑。

參考

  1. ^ Köhler Theory 101. [2017-10-03]. (原始內容存檔於2020-02-26). 
  • Köhler, H., 1936. The nucleus in and the growth of hygroscopic droplets. Trans.Faraday Soc., 32, 1152–1161.
  • Rogers, R. R., M. K. Yau, 1989. A Short Course in Cloud Physics, 3rd Ed. Pergamon Press. 293 pp.
  • Young, K. C., 1993. Microphysical Processes in Clouds. Oxford Press. 427 pp.
  • Wallace, J. M., P.V. Hobbs, 1977. Atmospheric Science: An Introductory Survey. Academic Press. 467 pp.