Köhler理论(Köhler theory)基于平衡热力学,描述了水蒸气冷凝并形成液体云滴的过程。它结合了描述由于曲面引起的饱和蒸气压变化的开尔文方程,以及结合了描述溶液蒸气压与其浓度关系的拉乌尔定律。Köhler理论是云物理学领域的重要过程。[1]它最初由乌普萨拉大学气象学教授Hilding Köhler1936年发表。

Köhler方程:

其中液滴水蒸气压力平坦表面上相应的饱和蒸气压,是液滴表面张力纯水密度是水的分子量溶质摩尔数是云滴直径

Köhler曲线

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Köhler曲线是Köhler方程的图像描述。它显示了云滴在液滴直径范围内与环境(大气)平衡的过饱和度。曲线的确切形状取决于溶质的和组成成分。溶质为氯化钠的Köhler曲线是不同于溶质是硝酸钠硫酸铵的。

 
Köhler曲线显示了临界直径和过饱和度是如何取决于溶质的量的。这里假设溶质是氯化钠的完美晶体

右图显示了氯化钠的三个Köhler曲线。对于溶解直径等于0.05微米的溶质的液滴,选取图中的点为湿润半径为0.1微米,过饱和度为0.35%,由于相对湿度超过100%,液滴会增大直到达到热力学平衡。但随着液滴的增长,它不会遇到平衡,因此可以无限制地增长。然而,如果过饱和度仅为0.3%,则液滴将仅增长直至约0.5微米。液滴能够无限制增长的过饱和度称为临界过饱和度。曲线峰值的直径称为临界直径。

参考

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  1. ^ Köhler Theory 101. [2017-10-03]. (原始内容存档于2020-02-26). 
  • Köhler, H., 1936. The nucleus in and the growth of hygroscopic droplets. Trans.Faraday Soc., 32, 1152–1161.
  • Rogers, R. R., M. K. Yau, 1989. A Short Course in Cloud Physics, 3rd Ed. Pergamon Press. 293 pp.
  • Young, K. C., 1993. Microphysical Processes in Clouds. Oxford Press. 427 pp.
  • Wallace, J. M., P.V. Hobbs, 1977. Atmospheric Science: An Introductory Survey. Academic Press. 467 pp.