Содержание жидкой воды

Содержание жидкой воды ( LWC ) — это мера массы воды в облаке в определенном количестве сухого воздуха. Обычно он измеряется на объем воздуха (г/м ³) или масса воздуха (г/кг) (Борен, 1998). Эта переменная важна для определения того, какие типы облаков могут образоваться, и тесно связана с тремя другими микрофизическими переменными облаков: эффективным радиусом облачных капель , числовой концентрацией облачных капель и распределением облачных капель по размерам (Wallace, 2006). Возможность определить вероятные образования облаков чрезвычайно полезна для прогнозирования погоды, поскольку кучево-дождевые облака связаны с грозами и сильными дождями, тогда как перистые облака не связаны напрямую с осадками.

Характеристики

Содержание жидкой воды в облаке значительно варьируется в зависимости от типа облаков, присутствующих в атмосфере в данном месте. Классификация облаков во многом зависит от содержания жидкой воды, а также от происхождения облака. Сочетание этих двух факторов позволяет синоптику более легко предсказать типы условий, которые будут в районе, на основе типов облаков, которые формируются или уже сформировались.

Связь с классификацией облаков

Облака с низкой плотностью, такие как перистые облака, содержат очень мало воды, что приводит к относительно низким значениям содержания жидкой воды — около 0,03 г/м. ³. Облака с высокой плотностью, такие как кучево-дождевые облака, имеют гораздо более высокие значения содержания жидкой воды, составляющие около 1-3 г/м. ³, так как в том же объеме содержится больше жидкости. Ниже приведена диаграмма, показывающая типичные значения LWC для различных типов облаков (Томпсон, 2007).

Тип облака	LWC (г/м ³)
перистые	.03
туман	.05
слой	.25-.30
кучевые облака	.25-.30
слоисто-кучевые облака	.45
кучево-дождевые облака	1.0-3.0

Морской против континентального

Морские облака, как правило, содержат меньше капель воды, чем континентальные облака . В большинстве морских облаков концентрация капель составляет от 100 капель/см. ³ и около 200 капель/см ³ (Уоллес, 2006). Континентальные облака имеют гораздо более высокую концентрацию капель — примерно до 900 капель на см. ³. (Уоллес, 2006). Однако радиус капель в морских облаках, как правило, больше, поэтому конечный результат заключается в том, что LWC относительно одинаков в обоих типах воздушных масс для одних и тех же типов облаков (Linacre, 1998).

Методы измерения

Существует несколько способов измерения содержания жидкой воды в облаках.

Один из способов предполагает использование электрически нагреваемой проволоки. Провод подключен к источнику питания и расположен снаружи самолета. Когда он движется сквозь облако, капли воды попадают на провод и испаряются , снижая температуру провода. измеряется Вызванное этим сопротивление и используется для определения мощности, необходимой для поддержания температуры. Мощность можно преобразовать в значение для LWC. (Уоллес, 2006).

Другой способ предполагает использование прибора, использующего рассеянный свет от большого количества капель. Затем это значение преобразуется в значение для LWC. (Уоллес, 2006).

Камеру Вильсона также можно использовать для моделирования адиабатического подъема в атмосфере за счет снижения давления за счет удаления воздуха внутри камеры. Ряд уравнений, показанных в разделе ниже, показывает, как LWC получается в этой процедуре. (Томпсон, 2007).

Уравнения/отношения

Различные уравнения полезны для определения LWC и эффектов, которые на него влияют. Одной из наиболее важных переменных, связанных с LWC, является концентрация капель в облаке.

Концентрация облачных капель

Концентрация капель в облаке — это количество капель воды в объеме облака, обычно кубическом сантиметре (Wallace, 2006). Формула концентрации капель выглядит следующим образом.

n=N/V

В этом уравнении N — общее количество капель воды в объеме, а V — общий объем измеряемого облака. Преобразование этого значения в LWC дает уравнение, которое показано ниже.

LWC=(m_{w}\cdot n)/N

В этом уравнении m _w — масса воды в воздушной массе.

Камера Вильсона

Распространенным типом экспериментов является эксперимент, в котором используется камера Вильсона, в которой сброшено давление для имитации адиабатического подъема частиц воздуха. Определение LWC представляет собой простой расчет, показанный ниже (Томпсон, 2007).

LWC=m_{w}/V_{c}

M _w — масса воды в камере Вильсона, V _c — объем камеры Вильсона. Получить массу жидкой воды в камере Вильсона можно с помощью уравнения, включающего скрытую теплоту конденсации (Томпсон, 2007).

m_{w}={\frac {-m_{a}\cdot c_{p}\cdot \Delta T_{a}}{L_{c}(T)}}

В приведенном выше уравнении L _c (T) — скрытая теплота конденсации воды при температуре T, m _a — масса воздуха в камере Вильсона, c _p — удельная теплота сухого воздуха при постоянном давлении и $\Delta T_{a}$ Это изменение температуры воздуха за счет скрытой теплоты .

См. также

Путь жидкой воды

Ссылки

Уоллес, Джон М.; Хоббс, Питер В. (2006). Наука об атмосфере: вводный обзор (2-е изд.). Elsevier Inc. в Великобритании ISBN 012732951X .
Борен, Крейг Ф.; Альбрехт, Брюс А. (1998). Атмосферная термодинамика (1-е изд.). Издательство Оксфордского университета. ISBN 0-19-509904-4 .
Линакр, Э.; Гертс, Б. (август 1999 г.), Содержание жидкой воды в облаках, размеры капель и количество капель. , получено 12 марта 2008 г.
Томпсон, Энн (2007). «Моделирование адиабатического подъема частиц атмосферного воздуха с использованием облачной камеры» (Документ). Департамент метеорологии штата Пенсильвания.