雾滴

更新时间:2024-07-11 12:21

雾滴,是指组成小水滴,它们悬浮在近地面空气层中。

雾滴大小的分布

雾滴的物理学本质和云滴相同,都是悬浮在空气中的小水滴。雾滴大小也和云滴相似。雾滴的平均直径在 10 到 15 微米之间,是雨滴的千分之一至十分之一。然而最小的雾滴可以小至直径只有 1 微米,最大的则可达100 微米。

在任意一片雾里,雾滴大小的分布近似于对数正态分布,下图是十种常见的雾滴大小分布类型(横轴为雾滴半径,纵轴为浓度。横轴纵轴均已略去。):

可以看出,无论是哪一种分布类型,都接近对数正态分布,尤其是类型 A。研究发现,分布类型 A 在污染物较少的空气中出现频率较高,约为 20%,而在污染较重的空气中出现频率则较低。在分布类型 C 和 F 中,半径低于4 微米(直径低于 8 微米)的雾滴所占比例很大,约占所有雾滴的三分之一。

相对湿度接近 100% 的浓雾中,分布类型通常为 A 或 C。另外,在一片固定的雾中,随着时间的推移,小雾滴会逐渐聚集成大雾滴,所以分布类型会渐渐变为 D、G、H,最终会变为 I 或 J。

雾滴与光学

雾滴如此之小,数量又庞大,以致于光在遇到它们时不仅会发生反射折射,还会发生散射衍射,这就是为什么雾的出现使能见度下降。能见度的大小和雾滴的大小及浓度紧密相关,比如,有研究发现,当雾滴平均直径在 13 到 18.6 微米之间,且雾滴的浓度小于 29 每立方厘米时,能见度在 300 到 1000 米之间。但是影响能见度的因素很多,雾滴大小和浓度仅仅是其中两个方面。

如果某一片雾里的雾滴大小比较均匀,则光在这片雾里的散射和衍射可能导致雾虹的出现。

雾滴中的杂质

尽管雾滴的主要成分是水,但是总是会含有一些其它物质——有些是凝结核,有些是雾滴出现后溶解于雾滴或是吸附于雾滴的物质。这些物质包括炭黑硫酸盐氯化物硝酸盐铵盐二氧化硫挥发性有机物等等。它们的来源多种多样,包括人类生活生产排放的废气烟尘火山爆发喷出的硫酸盐,来自海浪的盐,微生物代谢排出的气体等等。

雾滴的化学成分与雾的位置有关。海雾中的氯盐(如氯化钠)含量明显高于内陆的雾,这些氯化物来自海水;而硫酸盐则在不同地区的雾中普遍存在,含量差异不大。

雾滴的化学成分也与雾滴的大小有关。小雾滴和大雾滴所含离子的浓度不同:小雾滴所含离子(如硝酸根、甲酸根、硫酸根铵根)的浓度普遍比大雾滴高,但是醋酸根在大雾滴中的浓度高于小雾滴。小雾滴比大雾滴的酸性更高——有研究显示,直径大于 13 微米的雾滴的 pH 值在7 左右,而直径小于 5 微米的雾滴的 pH 值在 6 左右。不过,过氧化氢在大小不同的雾滴中浓度差别不大。

雾滴的化学成分影响着雾滴的表面张力,进而影响雾滴的浓度。当雾滴中含有有机物时,雾滴的表面张力被降低,导致在水蒸气过饱和的情况下有更多的雾滴生成。相反,当雾滴中含有无机物时,雾滴的表面张力会升高,导致雾滴的浓度降低。

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