過飽和と表面張力【降水過程】

過飽和

水蒸気(=気体)を含んだ空気の温度を下げていくと、空気が飽和に達します。

空気が飽和すると、水蒸気が凝結して水滴(=液体、雲粒や雨粒)が⽣成されます。

しかし空気が飽和したあとも、空気が含むことのできる水蒸気量を超えて水蒸気が存在することがあります。

この状態が過飽和です。

飽和のときが湿度100%なので、過飽和では湿度100%を超えています。

どのくらい超えているかを表したのが過飽和度です。

過飽和度(%)=相対湿度(%)-100%

例えば、ある空気の相対湿度が110%の場合、過飽和度は10%になります。

過飽和が起こる原因は表面張力です。

表面張力

表面張力は水滴にはたらく力で、水滴の表面積を最小にしようとする力です。

水滴が⼩さいほど、表面張力は強くなります。

過飽和と表面張力の関係

「水蒸気が凝結して水滴ができる」とは「水蒸気の分子が衝突&結合する」ことです。

最初にできた水滴に、さらに水蒸気の分子が入り込むと、水滴は大きくなります。

すなわち、水滴の表面積が大きくなります。

しかし水滴には表面張力(=表面積を大きくしないようにする力)がはたらきます。

表面張力が強いと、空気が飽和に達しているときでも、水蒸気が凝結・成長するのを邪魔します。

水滴の半径が小さいほど表面張力は強いので、水滴になれない水蒸気が多く存在するようになります。

すなわち、水滴の半径が小さいほど過飽和度は高くなります。

(一般気象学(81ページ図4.2)(小倉義光))

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