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霧滴
鎖定
霧滴的性質影響着能見度。
- 中文名
- 霧滴
- 外文名
- fog drop 或 fog droplet
- 定 義
- 懸浮在近地面空氣中的小水滴
- 平均直徑
- 10—15 微米
- 直徑分佈
- 接近於對數正態分佈
- 與光的作用
- 反射、折射、散射、衍射
- 雜質成分
- 無機鹽、二氧化硫、有機物等
霧滴霧滴大小的分佈
霧滴的物理學本質和雲滴相同
[2]
,都是懸浮在空氣中的小水滴。霧滴大小也和雲滴相似。霧滴的平均直徑在 10 到 15 微米之間,是雨滴的千分之一至十分之一。然而最小的霧滴可以小至直徑只有 1 微米,最大的則可達100 微米
[1]
。
在任意一片霧裏,霧滴大小的分佈近似於對數正態分佈,下圖是十種常見的霧滴大小分佈類型(橫軸為霧滴半徑,縱軸為濃度。橫軸縱軸均已略去。)
[3]
:
可以看出,無論是哪一種分佈類型,都接近對數正態分佈,尤其是類型 A。研究發現,分佈類型 A 在污染物較少的空氣中出現頻率較高,約為 20%,而在污染較重的空氣中出現頻率則較低。在分佈類型 C 和 F 中,半徑低於4 微米(直徑低於 8 微米)的霧滴所佔比例很大,約佔所有霧滴的三分之一。
在相對濕度接近 100% 的濃霧中,分佈類型通常為 A 或 C。另外,在一片固定的霧中,隨着時間的推移,小霧滴會逐漸聚集成大霧滴,所以分佈類型會漸漸變為 D、G、H,最終會變為 I 或 J。
霧滴霧滴與光學
霧滴如此之小,數量又龐大,以致於光在遇到它們時不僅會發生反射和折射,還會發生散射和衍射,這就是為什麼霧的出現使能見度下降。能見度的大小和霧滴的大小及濃度緊密相關,比如,有研究發現,當霧滴平均直徑在 13 到 18.6 微米之間,且霧滴的濃度小於 29 每立方厘米時,能見度在 300 到 1000 米之間
[4]
。但是影響能見度的因素很多,霧滴大小和濃度僅僅是其中兩個方面。
如果某一片霧裏的霧滴大小比較均勻,則光在這片霧裏的散射和衍射可能導致霧虹的出現
[1]
。
霧滴霧滴中的雜質
儘管霧滴的主要成分是水,但是總是會含有一些其它物質——有些是凝結核,有些是霧滴出現後溶解於霧滴或是吸附於霧滴的物質。這些物質包括炭黑、硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽、銨鹽、二氧化硫、揮發性有機物等等。它們的來源多種多樣,包括人類生活生產排放的廢氣、煙塵,火山爆發噴出的硫酸鹽,來自海浪的鹽,微生物代謝排出的氣體等等。
霧滴的化學成分與霧的位置有關。海霧中的氯鹽(如氯化鈉)含量明顯高於內陸的霧,這些氯化物來自海水;而硫酸鹽則在不同地區的霧中普遍存在,含量差異不大。
[5]
霧滴的化學成分也與霧滴的大小有關。小霧滴和大霧滴所含離子的濃度不同:小霧滴所含離子(如硝酸根、甲酸根、硫酸根、銨根)的濃度普遍比大霧滴高,但是醋酸根在大霧滴中的濃度高於小霧滴。小霧滴比大霧滴的酸性更高——有研究顯示,直徑大於 13 微米的霧滴的 pH 值在7 左右,而直徑小於 5 微米的霧滴的 pH 值在 6 左右。不過,過氧化氫在大小不同的霧滴中濃度差別不大。
[6]
霧滴的化學成分影響着霧滴的表面張力,進而影響霧滴的濃度。當霧滴中含有有機物時,霧滴的表面張力被降低,導致在水蒸氣過飽和的情況下有更多的霧滴生成。相反,當霧滴中含有無機物時,霧滴的表面張力會升高,導致霧滴的濃度降低。
[7]
- 參考資料
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- 1. Clouds, fog & water droplets .Atmospheric Optics[引用日期2017-01-11]
- 2. fog drop .Meteorology Glossary - American Meteorological Society.2012-01-26[引用日期2017-01-11]
- 3. J. Podzimek, Droplet Concentration and Size Distribution in Haze and Fog, Studia Geophysica et Geodaetica (1997) 41: 277
- 4. E. J. Mack, U. Katz, C. W. Rogers and R. J. Pilies, The Microstructure of California Coastal Stratus and Fog at Sea, 1974, Calspan Rep. No. CH-5404-M-1, Calspan Corp., Buffalo, N.Y., pp67
- 5. H. G. Houghton, On the Chemical Compostion of Fog and Cloud Water, Journal of the Atmospheric Sciences, 1955, 12, 355
- 6. K。 J. Hoag, J. L. Collett Jr., S. N. Pandis, The influence of drop size-dependent fog chemistry on aerosol processing by San Joaquin Valley fogs, Atmospheric Environment 33 (1999) 4817-4832
- 7. Y. Ming and L. M. Russell,Organic aerosol effects on fog droplet spectra, JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, 2004, 109, D10206