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霧滴

鎖定
霧滴,是指組成小水滴,它們懸浮在近地面空氣層中。
霧滴的平均直徑在10到15微米之間 [1]  。霧滴大小的分佈近似於對數正態分佈
霧滴的性質影響着能見度
霧滴中含有炭黑二氧化硫揮發性有機物無機鹽等等化學成分。
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。
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折射,還會發生散射衍射,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
  • 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