06云的形成-核化理论

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蘑菇云的化学成分是什么

蘑菇云的化学成分是什么蘑菇云，这个在重大爆炸事件中常常出现的壮观景象，总是令人震撼和充满好奇。

而要了解蘑菇云的化学成分，首先得从产生蘑菇云的过程说起。

一般来说，能够形成蘑菇云的情况，大多是威力巨大的爆炸，比如核爆炸或者大型的化学爆炸。

在这些爆炸过程中，涉及到的物质发生了极其复杂的化学反应，从而产生了各种各样的化学成分。

以核爆炸为例，其主要的反应物质是铀、钚等放射性元素。

在核爆炸瞬间，这些放射性元素发生裂变反应，释放出巨大的能量。

在这个过程中，产生了众多的化学物质。

首先是裂变产物，这包括了各种放射性同位素，如碘-131、铯-137 等。

这些放射性同位素具有不同的半衰期和化学性质，它们在环境中的传播和影响也各不相同。

其次，核爆炸还会产生大量的高温等离子体。

这些等离子体包含了原子核、电子以及处于激发态的原子和分子。

随着爆炸后的冷却和扩散过程，这些等离子体逐渐转化为各种稳定或不稳定的化学物质。

除了放射性物质和等离子体，核爆炸还会使周围的空气发生剧烈的化学反应。

空气中的氮气和氧气在高温高压下会生成一氧化氮、二氧化氮等氮氧化物。

同时，由于爆炸产生的高温，周围的水分也会迅速汽化，形成水蒸气。

在大型的化学爆炸中，化学成分同样复杂多样。

例如，炸药爆炸时，常见的炸药成分如硝酸铵、TNT 等会迅速分解。

硝酸铵分解会产生氮气、氧气和水蒸气；TNT 爆炸则会产生二氧化碳、一氧化碳、氮气等气体。

此外，爆炸现场的其他物质也可能参与反应。

比如，如果爆炸发生在有有机物存在的环境中，有机物可能会燃烧或分解，产生碳氧化物、氢氧化物等。

蘑菇云中的化学成分不仅仅取决于爆炸物本身，还与爆炸的环境密切相关。

如果爆炸发生在含有金属元素的土壤中，金属元素可能会在高温下气化，并与其他物质发生反应。

这些化学成分在蘑菇云的形成和扩散过程中起着重要作用。

放射性物质的存在对环境和生物健康构成了严重威胁；氮氧化物、碳氧化物等气体则会对大气环境产生影响，可能导致酸雨、温室效应等问题。

云的组成物质

云的组成物质引言云是大气中的一种天气现象，是由水蒸气在大气中凝结形成的。

云的形成与组成物质密切相关。

本文将详细介绍云的组成物质，包括水蒸气、凝结核和空气动力学等方面。

1. 水蒸气水蒸气是构成云的主要组分之一。

它是水在气态下存在的形式，是液态水分子通过热能转化为气体状态。

水蒸气的含量与温度、湿度等因素有关。

1.1 形成过程当地面或水体受热时，液态水分子会获得足够的能量从而转化为水蒸气。

这个过程称为蒸发。

同时，植物通过光合作用吸收二氧化碳释放出氧气，并释放出部分水分以维持生长，这也会增加大气中的水蒸气含量。

1.2 分布与浓度水蒸气在大气中呈现不均匀分布。

通常，在赤道附近和海洋上空，由于温暖和湿度较高，水蒸气含量较大。

而在高纬度地区和内陆地区，由于温度较低，水蒸气含量较小。

2. 凝结核凝结核是云的形成过程中不可或缺的一部分。

它们是云中水蒸气凝结成液态水或固态水晶的核心。

2.1 类型凝结核可以是多种物质，包括尘埃、盐粒、花粉等。

此外，大气中还存在着微小的冰晶、冰雹等固态物质作为凝结核。

2.2 影响因素凝结核的种类和数量对云的形成和性质具有重要影响。

当空气中存在大量的凝结核时，云会更容易形成，并且云滴会更小；相反，当凝结核较少时，则可能导致云的形成受阻。

3. 空气动力学空气动力学是云形成和演变过程中不可忽视的因素之一。

它包括空气流动、上升运动和下沉运动等。

3.1 上升运动当暖湿空气遇到冷空气或遇到地形障碍物时，会产生上升运动。

这种上升运动使得水蒸气能够更容易凝结成云滴，并促进云的形成。

3.2 下沉运动相对于上升运动，下沉运动则会抑制云的形成。

下沉运动使得空气变得干燥，降低了水蒸气凝结成云滴的机会。

3.3 空气流动空气流动在云的形成和演变过程中起着重要作用。

它可以将含有水蒸气的空气从一个地区输送到另一个地区，进而影响云的分布和演变。

结论云是由水蒸气通过凝结形成的大气现象。

水蒸气、凝结核和空气动力学是构成云的主要组分之一。

云形成的原理

云形成的原理
云是由水蒸气凝结形成的气态水体。

云的形成有以下几个主要的原理：
1. 蒸发和昇华：地表的水体受到太阳辐射的热量作用，部分水分会蒸发成水蒸气。

同时，冰雪也会直接昇华为水蒸气。

这些水蒸气上升到大气中，形成大量悬浮的水分子。

2. 上升运动：当空气受到不同温度的加热，容积扩大，导致密度减小，从而使得周围的空气向上移动，形成了上升运动的气流。

这些上升运动的气流将携带着水蒸气上升到较高的空中。

3. 冷却和凝结：随着水蒸气的上升，气温逐渐下降。

当水蒸气遇到较冷的空气或冷物体时，会迅速冷却并凝结成小水滴或冰晶。

这些凝结的水滴或冰晶就是云的主要成分。

4. 凝结核：凝结核是云粒子的种子，在空气中存在着微小的固体或液体颗粒，如尘埃、烟雾、凝结核，它们可以作为凝结的起点，使水蒸气有点可以凝结的物质核心。

当水蒸气遇到这些凝结核时，便开始凝结形成云滴或云朵。

综上所述，云的形成主要是由蒸发和昇华、上升运动、冷却和凝结以及凝结核的作用共同作用而成。

不同的气候条件、地形和大气环境中的水汽含量不同，会产生不同形状、高度和颜色的云朵。

南京信息工程大学硕士云降水物理学003-F05

南京信息工程大学硕士研究生招生入学考试考试大纲科目代码：F05科目名称：云降水物理学第一部分课程目标与基本要求云、雾、降水物理过程是大气水循环的核心组成部分，是地球大气的热量、水份和动量平衡的关键因素，它不仅影响到局地的和短期的天气过程，也影响到大气环流和全球气候的变化。

此外，云和降水还会影响大气污染、大气雷电和电磁辐射的传播。

本课程以大气热力学和大气动力学为基础，研究大气中水分在各阶段所经历的物理过程，即研究云、雾和降水和形成、发展和消散的物理规律，是大气科学中最为重要的分支学科之一，是雷达气象学、天气导变、强风暴等物理气象学的核心，与《云动力学》、《云降水物理实验》等课程相配合，共同构筑专业知识结构的核心框架。

课程教学目标是使学生掌握云降水形成的基本原理，培养学生从微物理角度分析和解决大气科学问题的能力。

第二部分课程内容与考核目标1．绪论（1）掌握云降水物理学的学科性质和研究意义；（2）熟悉研究方法体系；（3）理解学科发展与社会经济进步的关系；（4）了解主要研究对象；（5）了解学科发展历史；2．云降水宏观特征（1）掌握湿空气达到饱和的主要途径（2）掌握云内湿度和含水量的一般特征、积状云和层状云的宏观特征、热泡理论、气团雷暴的结构与生命史；（3）熟悉锋面气旋中的雨带结构；（4）了解大气水循环过程、雾的形成过程与结构特征、卷云的宏观特征、热带气旋的云系结构特征；（5）初步了解全球云、雾、降水分布和云的日、季变化；3．云降水微观特征（1）掌握云降水粒子相态和尺度谱分布、云的胶体稳定性；（2）熟悉云降水粒子谱分布数据处理方法及微物理特征量的计算；（3）理解不同云降水粒子的尺度谱分布差异；4．云的形成—核化理论（1）了解水汽、液水、冰的结构及其与空气之间的界面特性（2）掌握核化的概念、可溶性核上的凝结核化过程、柯拉方程及其意义；（2）熟悉云凝结核和大气冰核的性质和特点、冰核起核化作用的条件；（3）理解同质核化的基本性质、同质冻结核化和异质冻结核化的差异；（4）了解离子和不可溶粒子表面凝结核化的基本特点；（5）初步了解由化学势概念导出开尔文公式；5．云雾粒子的扩散增长（1）掌握Maxwell方程的推导、扩散系数、导热系数、扩散增长基本规律、贝吉龙理论及基本规律；（2）熟悉云滴群凝结增长过程基本规律；（3）理解冰晶凝华增长处理方法；（4）了解单滴凝结增长方程的推导过思路、冰晶的形状与温度和湿度的关系；（5）初步了解云滴的起伏凝结增长理论；额6．暖云降水理论（1）掌握微滴下落末速度规律、碰撞效率概念及规律、雨滴繁生机制；（2）熟悉Stokes末速定律推导、连续碰并增长方程的推导及应用；（3）理解凝结增长与碰并增长的共同作用过程；（4）了解随机碰并增长模型、凝结增长过渡到碰并增长的可能机制；7．冷云降水理论（1）掌握冷云降水的主要机制、冰质粒繁生机制、“播种云—供应云”降水机制；（2）熟悉连续碰并增长方程对冰相粒子碰并增长过程的应用；（3）理解成云致雨的物理总过程；（4）初步了解大气冰相粒子的运动特性；8．冰雹物理基础（1）掌握冷雹分层结构的形成机制、干增长和湿增长概念；（2）熟悉冰雹云结构与冰雹形成过程的关系；（3）理解干增长和湿增长判据；（4）了解雹胚与云体温度的关系；9．人工影响天气原理（1）掌握暖云和冷云增雨、人工抑雹、人工消雾的基本原理；（2）熟悉人工影响天气主要催化剂的性质；第三部分有关说明与实施要求1、命题说明（可包含题型设计）：本课程对各考核点的能力要求一般分为三个层次用相关词语描述：较低要求—了解：基础知识和基本概念；一般要求—理解：基本原理和物理规律；较高要求—掌握：理论分析与定量计算。

云、雨、雾、露、霜等自然现象形成的原理

云、雨、雾、露、霜等自然现象形成的原理1. 引言- 你有没有想过，天空中那千变万化的云，还有那说来就来的雨、神秘的雾、晶莹的露和洁白的霜，它们都是怎么形成的呢？今天呀，咱们就来好好唠唠云、雨、雾、露、霜这些自然现象形成的原理，让你彻底搞明白这些大自然的神奇魔法。

在这篇文章里，我们会先讲讲它们形成的基本理论知识，然后分析具体的形成过程，还会说说这些原理在生活中的体现、在高级技术中的应用、存在的挑战以及一些常见的误解，最后再补充点有趣的相关知识并做个总结展望。

2. 核心原理- 2.1基本概念与理论背景- 云、雨、雾、露、霜这些现象的形成呀，都和水的三态变化有关。

啥是水的三态变化呢？说白了，就是水可以变成固态的冰、液态的水和气态的水蒸气这三种状态，并且可以相互转化。

这个理论在古代就有一些朴素的认知，随着科学的发展，我们现在对它的认识更加深入。

比如古希腊哲学家就对水的变化有过思考，而现代科学则是从分子层面等多个角度去理解的。

- 这里的核心概念就是水的蒸发、凝结和凝华。

蒸发就是液态水变成气态水蒸气的过程，这个过程在任何温度下都能发生，只要有水的表面暴露在空气中就行。

比如说我们晾衣服，衣服上的水慢慢变干就是蒸发。

凝结呢，就是气态水蒸气变成液态水的过程。

而凝华则是气态水蒸气直接变成固态冰或者霜等固态物质的过程。

- 2.2运行机制与过程分析- 云的形成：地面上的水（比如江河湖海、潮湿的土壤等）会不断蒸发变成水蒸气。

这些水蒸气比较轻，就会往上升。

随着高度的增加，气压降低，空气变得稀薄，温度也会降低。

当水蒸气上升到一定高度，遇到冷空气，就会达到饱和状态，就像一杯水倒满了一样。

这时候，水蒸气就开始凝结成小水滴或者小冰晶，众多的小水滴和小冰晶聚集在一起就形成了云。

这就好比一群人本来分散在各地（水蒸气分散在空气中），突然有个大集会（遇到冷空气开始凝结），大家都聚在一起就形成了一个群体（云）。

- 雨的形成：云里的小水滴和小冰晶在云里不断地碰撞、合并。

大气科学专业课学习笔记-《云降水物理学》

云降水物理学-学习笔记第一章绪论1.宏观云物理学-大气热力学、动力学微观云物理学-水汽的相变热力学和气溶胶力学，所需的知识为热力学原理、扩散理论等2.Benoit Paul Emile Clapeyron 克拉珀龙(1799-1865)饱和水汽压与温度的关系Irying Langmuir 朗缪尔(1881-1957)积状暖云可因连锁繁生过程使雨滴数量增多+第一次开展飞机人工播云实验Hilding Kohler 科勒(1888—1982)吸湿性核凝结理论Kohler 方程Theodor Robert Walter Findeisen 芬德森(1909-1945)降水粒子形成理论+云降水物理学的鼻祖3.云降水物理学的感性认识观测研究方法探测理性认识理化实验:在隔离因子的情况下分析研究理化模拟:在综合因子的情况下分析研究（用实验方法模拟自然机制及过程）数值模拟第二章云雾降水形成的物理基础1.云：水滴、冰晶、水汽和空气共同构成的统一体2.组成云体的单个云滴或冰晶存在时间很短,云体或者云系的持续存在是由新的云粒子的不断生成维持的。

3.含水量比含水量（质量含水量）：指每单位质量湿空气中所含固态或液态水的质量，常用单位：g/kg，含水量（体积含水量）：指每单位体积湿空气中所含固态或液态水的质量，常用单位：g/m3。

4.Clausius-Clapeyron 克劳修斯-克拉珀龙方程：平水（冰）面饱和水气压和温度的关系温度↑，饱和水汽压↑，饱和水汽压的增大速度↑5.平冰面饱和水汽压＜同温度下的过冷却水面的饱和水汽压6.Kohler 科勒/柯拉方程溶液滴的饱和水汽压温度效应：温度↑，饱和水汽压↑曲率效应：半径↑，饱和水汽压↓浓度效应：浓度↑，饱和水汽压↓7.蒸凝现象：指固态或液态物质因升华、蒸发后转变为气态，或自气态因凝华、凝结而转变为固态或液态的现象。

发生条件：当大气中的实际水汽压介于此时共存的两种表面饱和水汽压不相同的液水或冰的饱和水汽压之间贝吉隆过程（冰晶效应）：对冰、水共存的系统，当实际水汽压介于二者的饱和水汽压之间时，必有水汽从过冷却水滴向冰晶方向扩散。

云的成因和成分

雲的成因和成分人們常常看到天空有時碧空無雲，有時白雲朵朵，有時又是烏雲密佈。

為什麼天上有時有雲，有時又沒有雲呢？雲究竟是怎樣形成的呢？它又是由什麼組成的？漂浮在天空中的雲彩是由許多細小的水滴或冰晶組成的，有的是由小水滴或小冰晶混合在一起組成的。

有時也包含一些較大的兩滴及冰、雪粒，雲的底郜不接觸地面，並有一定厚度。

雲的形成主要是由水汽凝結造成的。

我們都知道，從地面向上十幾公里這層大氣中，越靠近地面，溫度越高，空氣也越稠密：越往高空，溫度越低，空氣也越稀薄。

水汽從蒸發表面進入低層大氣後，這裏的溫度高，所容納的水汽較多，如果這些濕熱的空氣被抬升，溫度就會逐漸降低，到了一定高度，空氣中的水汽就會達到飽和。

如果空氣繼續被抬升，就會有多餘的水汽釋出。

如果那裏的溫度高於0℃，則多餘的水汽就凝結成小水滴：如果溫度低於0℃，則多餘的水汽就凝化為小冰晶。

在這些小水滴和小冰晶逐漸增多，並達到人眼能辨認的程度時就是雲了。

霧的成因霧和雲都是由浮游在空中的小水滴或冰晶組成的水汽凝結物，只是霧生成在大氣的近地面層中，而雲生成在大氣的較高層而已。

霧既然是水汽凝結物，因此應從造成水汽凝結的條件中尋找它的成因‧大氣中水汽達到飽和的原因不外兩個：ㄧ是由於蒸發，增加大氣中的水汽:另ㄧ是由於空氣自身的冷卻。

對於霧來說，冷卻更重要。

當空氣中有凝結核時，飽和空氣如繼續有水汽增加或繼續冷卻，會發生凝結。

凝結的水滴如果使水平能見度降低到1干公尺以內時，霧就形成了。

另外，過大的風速和強烈的擾動不利於霧的生成。

因此，凡是在有利於空氣低層冷卻的地區，如果水汽充分，風力微和，大氣層結構穩定，並有大量的凝結核存在，便最容易生成霧。

一般在工業區和城市中心形成霧的機會更多，因為那裏有豐富的凝結核存在。

露的形成和消失在溫暖季節的清晨，人們在路邊的草，樹葉及農作物上經常可以看到露珠，露也不是從天空中降下來的。

露的形成原因和過程與霜一樣，只不過它形成時的溫度在0℃以上罷了。

云降水总复习.

综合曲线(即柯拉曲线)看，半径较小时，综合曲线在1线以下，说明溶液因子比曲率因子更起控制作用；当半径较大时，综合曲线在l线以上，说明曲率因子反而比溶液因子更为重要了。
第五章云雾形成的微物理基础
贝吉隆过程或称冰晶效应
绘出柯拉曲线草图；该曲线所代表的物理意义是什么？
在图中标明临界半径 Rc 和临界相对湿度 fc （或临界饱和比Sc）；
柱状、片状和平面辐枝状冰晶的凇附最小尺度分别约为35、110和200 μm
• 雪花：
– 温度较高时淞附密度大、湿雪 – 温度较低时凝华、碰连密度小、碎雪
第九章冷云降水理论
• 0～-5℃及-12～-17℃是雪花的两个多发区的原因 • 冰质粒的繁生过程脆弱冰晶的破裂、过冷大水滴的冻结破裂、结凇时的繁生、冰晶蒸发时的繁生 • 结凇时的繁生-Hallett-Mossop机制
自然云中许多云滴常一起增长，并争食云内可被利用的水汽。当微滴相当大或者数量充分多时，消耗水汽的速率可以超出产生过饱和度的速率，这将阻碍或终止微滴的增长过程。
• 过饱和度是先增大后减小的。 • 含盐粒较大的云滴都易于活化增大。而半径小的难以达到活化半径；而且在以后湿度下降时，甚至会蒸发变小。 • 过到活化半径而增大的各种大小的云滴，它们会渐渐增大到尺度相近的半径。
试说明当环境相对湿度 f < fc （或饱和比 S < Sc ）时，液滴半径如何响应环境f或S的微小变化？
第六章云雾的形成——核化理论
• 大气中形成云雾粒子的相变过程，称为云的核化过程 • 单位时间单位体积中形成活化核（能够稳定存在并增长的水滴胚胎）的数目称为核化率、活化率或成核率。 • 每一条Köhler曲线表示的是具有一定干尺度的粒子在吸收水汽凝结长大过程中，不同半径的溶液滴与环境过饱和度的关系。当过饱和度ΔS=0时对应的液滴半径，在r<r0时，ΔS为负值，因此公式

云怎么形成的

云怎么形成的云是地球上庞大的水循环的有形的结果。

那么云是怎么形成的?店铺在此整理了云形成的原因，供大家参阅，希望大家在阅读过程中有所收获!云形成的原因云是地球上庞大的水循环的有形结果。

云的形成条件和分类：凝结核存在、空气达到过饱和。

对云的形成而言，过饱和主要由空气垂直上升所进行的绝热冷却引起的。

大气上升运动主要方式：①、热力对流：地表受热不均、大气层结不稳定引起的对流上升运动—积状云。

②、动力抬升：暖湿气流受锋面、辐合气流作用所引起的大范围上升运动—层状云。

③、大气波动：大气流经不平地面或在逆温层以下所产生的波状运动—波状云。

④、地形抬升：大气运行中遇地形阻挡，被迫抬升而产生的上升运动—积状云、波状云、层积云，通常称地形云。

①、积状云：垂直发展的云块，主要包括淡积云、浓积云、积雨云。

多形成于夏季午后，孤立分散、云低平坦、顶部凸起(外貌形态)。

形成与不稳定大气中的对流上升运动相联系。

取决于凝结条件、对流上升高度。

对流上限稍高于凝结高度，一般只形成淡积云。

在淡积云出现的高度如有强风、较强湍流，淡积云变破碎—碎积云。

对流上限超过凝结高度许多时，云体高大，顶部呈花椰菜状，形成浓积云。

如上升气流更强，浓积云云顶向上伸展至-15℃以下高空，云顶冻结为冰晶，出现丝缕结构，形成积雨云。

积雨云顶部高空风的吹拂下水平展成砧状—砧状云。

②、层状云：均匀幕状的云层，有较大水平范围，包括卷层云、卷云、高层云及雨层云。

空气大规模系统性上升运动产生，主要是锋面上的上升运动引起的。

(作为征兆：卷层云在层状云前部伴随日、月晕“日晕三更雨，月晕午时风”)③波状云：波浪起伏的云层，包括卷积云、高积云、层积云。

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同质冻结核化
计算表明，要产生同质冻结，过冷却水的温度至少要冷到-35℃左右。这时的冰胚半径仅1.2×103µm。而每个冰胚仅含195个水分子。此时冰胚产生率为5/cm3s，过冷却水温度愈低，冰胚产生率愈高。因此在-40℃以上，自然云多为过冷却的。
7
异质核化 - 离子的凝结核化
水汽在带电离子上凝结的平衡饱和比S较不带电时小。
北极清洁Biblioteka 21CCN 无系统性的纬度和季节变化数浓度：大陆>海洋；污染>清洁海洋：CCN/CN~0.2-0.6；大陆： CCN/CN~<0.01-0.1（大量小粒子）大陆：自由大气是边界层的1/5；海洋：垂直定常或在平均云高处达最大值日变化：6 a.m.最小；6p.m.最大
22
CCN来源 CCN来源气粒转换（还有待进一步研究）
5
同质凝华核化
同质凝华核化比同质凝结核化困难得多，当饱和比达6.748时，冰胚产生率也仅为3.4×10-52/cm3s。 Ostwald等级规律（1902）：一个水汽过饱和相并不直接转变为最稳态(冰)，而是先转变为次稳态（或亚稳态），即过冷却水。 1940年Krastanow计算认为温度低于-65℃时，水的相变并不按上述规律，而却能直接转化为冰。 1963年Dufour和Defay指出：Krastanow的结果是错的，因为他所用的数据有误。现在发现，至少在温度高于-100℃的范围内，自发凝华核化过程不会违反Ostwald的等级规律。
冰核面上异质核化往往从局部位置发动。这些位置往往在善于接收水汽并形成液水的地方。对水汽凝华于核上时的核面形状研究发现，凝华位置往往是在核面的生长阶、裂缝、纹理、空穴、及棱角处。
33
习题溶液滴表面饱和水汽压与平水面饱和水汽压的比值可用柯拉（Köhler）方程表示：
8
异质核化 - 不溶性平表面上的凝结核化主要与核的水湿性相关：
如在潮湿环境下的平石板、墙面，浴室的镜面、磁砖表面上发生的凝结现象。
结论：要产生相同的核化率，亲水性表面比憎水性表面容易。
9
异质核化 - 不溶性曲面上的凝结核化主要与核的曲率相关：
1）凹表面比凸表面容易发生凝结核化； 2）单就凹、凸表面而言，曲率半径越小，平衡饱和比越大，凝结越困难。
14
异质核化 - 可溶性核上的凝结
讨论（续）
当外界相对湿度f>f 盐核将由小而大地不断增大到超过f 当外界相对湿度 c时，盐核将由小而大地不断增大到超过 c ，最后能继续增大成云滴。后能继续增大成云滴。
因此，任一条Kohler线上相对湿度最大点左边的平衡曲线上点称为“霾点”。溶液滴处于霾点状态时，就称为“霾粒”或“霾滴”。如果相对湿度不变，处于霾点的水滴是不会增大或减小的。溶液滴半径由于相对湿度增大而一旦增大到临界点，即半径达到临界半径rc，就能被激活而不断增大。因此rc也称为 “活化半径”，fc也称为“活化相对湿度”。在云雾形成过程中，可溶性凝结核作为水滴的核后，只有在被激活以后，才能形成云滴，否则只能保持为霾滴。
异质核化 - 可溶性核上的凝结
每一条平衡曲线，其f值都有一个极大值，称为 “临界相对湿度fc”，其相应的溶液滴半径，称为 “临界半径rc”。将前式对r微分，令其等于0，可得：
3Cn 3 rc = = 1.9 ×10 m Cr
1 2
1 − 2 3 f c = 100 1 + Cr / 3Cn = 100 1 + 0.42 ×10−10 m 2 3
使当不带电时不可能发生凝结的饱和比状态下，由于有了电荷就能发生凝结现象。 r<0.6nm时，电荷的影响十分显著； r>0.6nm时，曲率的影响显著； r>1.4nm时，电荷的影响已可以忽略。
离子正负对饱和比的影响
与正离子相比，负粒子在较低过饱和度条件下就开始成核。原因在于，微水滴负氧端指向外，正H端向内，负离子表面分布有负电荷，正好和正H端相接，造成异号相吸的形势。这就使负离子上水汽凝结为水较为容易些。
28
异质核化 - 冰核起核化作用的条件 1、溶解度条件
各种冰核多为不可溶解的物质组成。成冰：将水分子的混乱运动变得排列有序。冰核应使无序运动水分子排列有序化，即冰核本身应当排列有序。
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异质核化 - 冰核起核化作用的条件 2、质粒尺度条件
异质凝华核化和异质冻结核化，都是冰核质粒愈大，核化温度愈高。半径大于0.1微米的冰核，其核化温度较为稳定。半径小于0.01微米的质粒，一般很难起冰核作用。
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异质核化 - 可溶性核上的凝结讨论
盐核质量愈大，起始的饱和溶液滴半径也愈大；盐核质量愈大，则临界相对湿度愈小，但临界半径却愈大；对任一条Kohler曲线，由纯盐粒吸收水份而增大的过程，是由当时的相对湿度大小决定的：
环境相对湿度f低于盐核吸湿增大是有局限性的，环境相对湿度低于fc时，盐核吸湿增大是有局限性的，低于盐核可增长到与f相对应的平衡尺度处于稳定态。相对应的平衡尺度，盐核可增长到与相对应的平衡尺度，处于稳定态。环境相对湿度f=f 盐滴就会增大到r 环境相对湿度 c时，盐滴就会增大到 c。但rc与前不同的是处于亚稳态。如水滴半径因偶然的原因增到大于r 的是处于亚稳态。如水滴半径因偶然的原因增到大于 c ，此时它所需的平衡相对湿度就小于环境相对湿度，此时它所需的平衡相对湿度就小于环境相对湿度，于是就有水汽在它上面凝结，使它继续增大甚至成为云滴，就有水汽在它上面凝结，使它继续增大甚至成为云滴，而不会因蒸发恢复到原有半径。而不会因蒸发恢复到原有半径。
云降水物理学
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。
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自然冰核
a=0.3-0.8
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自然冰核
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自然冰核随着地点不同冰核浓度呈现较大差异
自然冰核浓度北半球比南半球高出一个量级。六大洲中以亚洲冰核浓度最高。我国北方地区的观测值稍高于北半球的平均值。
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自然冰核变化
一天中午的观测值要高于下午值不同气团的冰核浓度有一定差异。在锋面过境时，冰核浓度骤然增加，可增加一个量级，有人把这种急剧增加称之“核暴”。在大连十次锋面活动有九次出现核暴，西安六次和兰州十一次锋面活动分别出现四次和七次核暴，原因归之于锋面过境，伴随大量的沙尘输送。冰核浓度随大气能见度减少而增加，这与大气中影响能见度的悬浮颗粒有关。
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异质核化 - 异质凝华核化异质凝华核化的理论处理与异质凝结核华相似。结论：
1）同一冰核半径条件下，θ愈大，则凝华温度愈低（即凝华愈难）； 2）接触角一定，随着冰核半径的增大，凝华核华温 2 度愈高（即愈易核华）。
H2O
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异质核化 - 异质冻结核化结论类似于异质凝华核化：
1）接触角大则冻结温度愈低，即愈不易冻结； 2）冰核半径愈小，冻结温度愈低。特别当冰核半径小于0.01µm时，很难冻结。
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异质核化 - 可溶性核上的凝结
已知Kohler方程为
Ern Cr Cn f = 1+ − 3 = E∞ r r 100
f为相对湿度。设温度为275K，m为饱和食盐溶液中溶质质量，则
1 f −7 1 = 1 + 1.2 × 10 − 0.147 m 3 100 r r
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异质核化 - 可溶性核上的凝结
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异质核化 - 异质凝结冻结核化空气处于水面过饱和，当存在一个合适的凝结冻结核，水汽首先在核上发生异质凝结核化过程，其后再发生冻结成冰过程
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CCN
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CCN
CCN spectra in the boundary layer from measurements near the Azores in a polluted continental air mass (brown line), in Florida in a marine air mass (green line), and in clean air in the Arctic (blue line). [Data from J. Geophys. Res., 107(D19), INX2 21 (2002).] 大陆气团海洋气团
异质核化：有异质核存在时的核化现象。
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成核作用
异质核化：有异质核存在时的核化现象。
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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。
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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。
多数CCN含有硫酸盐
植物燃烧：农作物、林火等：1012-1015/kg 石油及其产品燃烧土壤、沙尘：次要海盐：次要（既使在海洋上空）
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自然冰核
自然冰核呈现过冷却谱