Процесс Вегенера – Бержерона – Финдейзена
Процесс Вегенера-Бержерона-Финдейзена (в честь Альфреда Вегенера , Тора Бержерона и Вальтера Финдейзена ) (или «процесс холодного дождя») представляет собой процесс роста кристаллов льда, происходящий в облаках со смешанной фазой (содержащих смесь переохлажденной воды и льда ). ) в регионах, где давление паров окружающей среды падает между давлением насыщенных паров над водой и более низким давлением насыщенных паров над льдом. Это недонасыщенная среда для жидкой воды, но перенасыщенная среда для льда, что приводит к быстрому испарению жидкой воды и быстрому росту кристаллов льда за счет осаждения паров.. Если числовая плотность льда мала по сравнению с жидкой водой, кристаллы льда могут вырасти достаточно большими, чтобы выпасть из облака, тая в капли дождя, если более низкие температуры на уровне достаточно теплые.
Процесс Бержерона, если он вообще происходит, гораздо более эффективен для образования крупных частиц, чем рост более крупных капель за счет более мелких, поскольку разница в давлении насыщения между жидкой водой и льдом больше, чем повышение давления насыщения. над маленькими каплями (для капель, достаточно больших, чтобы внести значительный вклад в общую массу). Чтобы узнать о других процессах, влияющих на размер частиц, см . физику дождя и облаков .
Принцип роста льда за счет отложения пара на кристаллах льда за счет воды был впервые предложен немецким ученым Альфредом Вегенером в 1911 году при изучении образования инея . Вегенер предположил, что если бы этот процесс происходил в облаках и кристаллы вырастали достаточно большими, чтобы выпасть из них, то это мог бы быть жизнеспособный механизм осаждения. Хотя его работа с выращиванием кристаллов льда привлекла некоторое внимание, потребовалось еще 10 лет, прежде чем ее применение к осадкам было признано. [1]
Зимой 1922 года Тор Бержерон во время прогулки по лесу сделал любопытное наблюдение. Он заметил, что в дни, когда температура была ниже точки замерзания, слоистая палуба, которая обычно покрывала склон холма, останавливалась на вершине полога , а не доходила до земли, как это было в дни, когда температура была выше точки замерзания. Знакомый с более ранней работой Вегенера, Бержерон предположил, что кристаллы льда на ветвях деревьев собирали пар из переохлажденного слоистого облака, не давая ему достичь земли.
В 1933 году Бержерон был выбран для участия в собрании Международного союза геодезии и геофизики в Лиссабоне, Португалия, где он представил свою теорию кристаллов льда. В своей статье он заявил, что если популяция кристаллов льда будет значительно меньше по сравнению с каплями жидкой воды, то кристаллы льда могут вырасти достаточно большими, чтобы выпасть (первоначальная гипотеза Вегенера). Бержерон предположил, что этот процесс может быть причиной всех дождей даже в тропическом климате; заявление, которое вызвало немало разногласий между учеными тропических и средних широт. В конце 1930-х годов немецкий метеоролог Вальтер Финдейзен расширил и усовершенствовал работу Бержерона как за счет теоретической, так и экспериментальной работы.
Условие, что количество капель должно быть намного больше, чем количество кристаллов льда, зависит от доли ядер конденсации облаков , которые позже (выше в облаке) будут действовать как ядра льда . В качестве альтернативы, адиабатический восходящий поток должен быть достаточно быстрым, чтобы высокое перенасыщение вызывало спонтанное зародышеобразование намного большего количества капель, чем присутствует зародышей облачной конденсации. В любом случае это должно произойти не намного ниже точки замерзания, так как это вызовет прямое зародышеобразование льда. Рост капель предотвратил бы быстрое достижение температурой точки быстрого зарождения кристаллов льда .
