---
# System prepended metadata

title: 蒸發與凝結
tags: [大氣]

---

###### tags: `大氣`
# 蒸發與凝結
## 飽和水氣壓
### 與溫度的關係
 一單位的空氣所能容納的最大水氣量稱為飽和水氣壓(E)。由飽和曲線可知，飽和水氣壓隨溫度而增大(曲線，非線性。)遵守Clausius-Clapeyron Equation：
 
 ${de_s \over dT}={L_v(T)e_s\over R_vT^2}$ ，$L_v(T)$為水隨溫度的氣化熱，$R_v$為水的氣體常數。
 
 其也可簡化成經驗公式：
 
 $e_s(T)=6.1094exp({17.625T \over T+243.04})$ ，$T$為溫度(攝氏)，$e_s$為飽和水氣壓(百帕)
 
亦可用瑪格努斯(Magnus)經驗公式表示：
 
$E=E_0*10^{\alpha t \over {\beta+t}}$

其中，$E_0$=6.11mb，對水面而言，$\alpha$=7.63，$\beta$=241.9；對冰面而言，$\alpha$=9.5，$\beta$=265.5。

 因溫度升高，分子平均動能變大，單位時間跑出水面的分子增多，水氣密度增大。當水面上的分子數夠多(水氣密度大)時，落回水面的分子數才有可能與跑出水面的分子數相等。因此高溫時飽和水氣壓較低溫大。
 
而當初始溫度不同的兩氣塊，下降同樣溫度時所凝結出來的水氣，初始溫度高者會大於初始溫度低者。這也可解釋為何暴雨較常發生在夏季。

### 與蒸發面性質的關係

#### 1.冰面和過冷卻水面的飽和水氣壓
對於此二界面，飽和水氣壓隨溫度變化仍呈指數規律變化。但由於冰是固體，分子要掙脫冰面較液面困難些，因此同溫度下，冰面周圍的水氣密度較過冷卻水面低，只需要較少落回界面的分子數即可與脫離界面的分子數相等，達到飽和。故冰面的飽和水氣壓$(E_i)$較過冷卻水面飽和水氣壓$(E_s)$低。當溫度為$0^。C$時，冰面與過冷水面的飽和水氣壓才會相等。

根據計算，可發現$冰面飽和水氣壓(E_i)\over 過冷水面飽和水氣壓(E_s)$ 之值隨溫度越低而越小。即越低溫，冰面飽和水氣壓佔過冷水面飽和水氣壓比重越小。於$-10^。C$時約為0.91，$-30^。C$時約為0.74。

由此可知，若該空氣塊內的實際水氣壓已達到該溫度下的冰面飽和水氣壓，則其相對濕度<100%($e=E_i<E_s$)。所以在冰成雲、冰成霧中常可觀測到其相對濕度<100%。
#### 2.溶液面的飽和水氣壓

### 與蒸發面形狀的關係

## 水氣凝結條件
水由氣態轉變為液態稱為凝結；由氣態轉為固態稱為凝華。當水產生凝結或凝華時，須滿足：
1. 具備凝結核或凝華核
2. 空氣塊內水氣必須達飽和或過飽和。

### 凝結(華)核
1. 種類：包括大氣中的土壤微粒、火山爆發產物、風化岩石、工業煙塵等。
2. 原理：因其較水分子大，對水分子的吸引力也較大，故容易使水分子附著，且飽和水氣壓也較大使其不容易蒸發，利於水分子凝結。

*可參考拉午耳定律。當一溶液(空氣)溶質(凝結核)濃度高，溶液的飽和蒸汽壓越小，故水便容易凝結。

### 使水氣達飽和的機制
使一未飽和空氣塊達飽和，可透過降低溫度，或提高水氣含量來達成。
#### 1.降低溫度

##### (1).絕熱冷卻
根據熱力學第一定律:

$dQ=dE+dW$ (dE為內能變化，dW為作功)

又$dQ=0$，所以當空氣塊上升時，氣壓變小，空氣塊須對外作功使體積膨脹，以便與外界壓力相當。因此內能變化為負，空氣塊溫度降低(未達飽和前每100公尺下降1度，即乾絕熱。)
##### (2).輻射冷卻
空氣塊本身向外散發熱輻射，使本身溫度降低。通常在近地面區域較為顯著。
##### (3).平流冷卻
暖空氣流經較冷表面，會趨向達到熱平衡。因此暖空氣便會降溫，有機會達到露點使水氣凝結。若暖、冷空氣溫差較大，水氣凝結機會較大。
#### 2.提高水氣含量

























