neve a temperaturas superiores a congelação

alguma vez se perguntou como pode nevar a temperaturas superiores a congelação? Bem, a explicação ingénua é que os flocos de neve demoram a derreter quando penetram acima do ar gelado, enquanto descem para o chão. Esta é, naturalmente, a razão pela qual o granizo pode cair em tempo quente. Simplesmente, pedras de granizo caem rápido, rápido demais para deixar o ar quente derreter o granizo. Esta não é a principal explicação, no entanto, para por que ele pode nevar quando está acima de congelamento.,a partir da figura abaixo, é evidente que há uma clara dependência da umidade – quanto mais seca é, mais quente pode ser enquanto Neva. Isto implica que o fator principal, pelo menos em condições secas, tem a ver com a umidade. E este factor é a evaporação. Mais especificamente, à medida que os flocos de neve descem, evaporam. Este processo toma calor e mantém os flocos frios. assim, se quisermos calcular a temperatura máxima, precisamos estimar o balanço de calor líquido do flake. Primeiro, à medida que os flocos viajam em um ambiente quente, eles ganham calor do entorno através da condução., Em segundo lugar, o calor é usado para evaporar os flocos, resfriando-os. Se o calor de evaporação “afundar” é maior do que a condução de calor, os flocos permanecerão congelados. acontece que isso pode ser facilmente calculado. Não, Não é simples calcular a condução de calor ou o calor de evaporação, mas a razão é, uma vez que vários fatores geométricos desconhecidos cancelam. se você não se importa com o cálculo (porque você não é uma aberração da ciência), você pode simplesmente visitar a página da calculadora.se você se importa, aqui está a derivação., Suponha que o fluxo em torno dos flocos é tal que uma camada limite de largura d forma em torno dele. O total do fluxo de calor $F_H$ para o floco (por exemplo, J/s no MKS) será dada por Fourier da lei:

onde $\kappa$ é o calor coeficiente de difusão de ar (por exemplo, m2/s no MKS), c é a capacidade térmica do ar (J/kg no MKS), Uma é a área da superfície da camada limite ao redor do floco, enquanto ΔT é a diferença de temperatura entre o floco e o meio ambiente., da mesma forma, pode-se usar a lei de Fick para obter a difusão do vapor de água do floco (onde a temperatura está perto de congelamento, e a umidade relativa é de 100%), para o ambiente circundante, onde a temperatura é maior e a umidade relativa menor:

$ \Phi_W \approx D A {\Delta \rho_W \over d}. o coeficiente de difusão da água (por exemplo, m2/s em MKS) e ρ é a densidade do vapor de água (kg/m3 em MKS)., o gelo evaporante requer calor, portanto, se houver um fluxo de massa de vapor de água de Φ Do Floco, ele necessitaria de calor a uma taxa de $F_w = \epsilon \Phi$ onde $\epsilon$ é o calor de vaporização de gelo (J/kg em MKS).
A maior temperatura acima da qual o floco de neve derrete, é a temperatura para a qual os dois fluxos de calor são iguais:

$$ F_w = F_H ~~\rightarrow ~~ \epsilon D \Delta {\rho_w \over d} A = {\kappa Um \over c} {\Delta T_{máx} \over d}.$ $

Note que a geometria do fluxo em torno do flake cancela, porque ambos os fluxos de calor dependem de d e A da mesma forma., Este seria o caso também se a camada limite em torno do flake é complexa de tal forma que d realmente depende da direção. Assim,

$ \ Delta T_{max} = c \epsilon {d \over \kappa} \Delta \rho = c \epsilon {d \over \kappa} \Delta (\rho_{sat} RH).$$

onde $\rho_ {sat}$ é a densidade de vapor de água de saturação.Plugging in the numbers (which can be found for example in the CRC handbook of chemistry and physics), results with an implit equation for the temperaturebecause the saturation water vapor density depends on the temperature as well., Podemos simplificar as coisas se, em vez disso, perguntarmos Qual é a umidade relativa necessária para manter o flake congelado a uma dada temperatura. É:

$$ RH = 9.5 \exp \left(- 17.27 T_C \mais T_C + 238.3^\circ \right) \left( 10.5^\circ\mathrm{C} – T_C\right) \% .$$

onde $T_C$ é a temperatura em graus Celsius. esta função pode ser vista na figura abaixo, juntamente com dados de Matsuo e Sasyo, 1981. Como pode ser visto a partir da figura, o grafo calculado é aproximadamente o limite inferior abaixo do qual não há qualquer Chuva. A temperaturas mais quentes, há uma mistura., Até cerca de 1 ° C acima da linha de fusão sem, há principalmente neve, enquanto entre cerca de 1°C e 2°C acima da linha, é principalmente chuva, mas neve é possível. Estes eventos podem ser devidos a efeitos adicionais, tais como fortes correntes de ar baixas, tempo necessário para derreter a neve, etc.

neve ou chuva? A linha vermelha é a linha sem fusão. Abaixo dele, a neve esfria por evaporação mais do que aquece do ambiente, mantendo-se assim congelados. As linhas magneta e azul estão +1°C e +2°C acima das linhas de fusão no., Entre 0 ° C e +1 ° C acima da linha sem material fundido, A maior parte Neva enquanto a maior parte chove entre +1°C e +2°C acima da linha sem material fundido. A temperaturas mais quentes, chove. Os pontos de dados verdes são eventos coletados por Matsuo e Sasyo (1981) em Wajima Japão, entre 1975 e 1978. assim, se queremos observar neve quente, são necessárias condições muito secas. Por exemplo, se a umidade do solo é apenas cerca de 20% (muito raro, porque se houver precipitação, a atmosfera é geralmente úmida!) então poderia nevar a 8 ° C (ou 46°F para usuários ingleses)., outro requisito é que em nenhum lugar ao longo da descida o ar supera a linha de no melt. Se o fizer, o flake derreterá. se a temperatura sobe acima do congelamento, não há parâmetros com os quais o tipo de precipitação pode ser determinado com certeza. Tudo o que podemos então prever é a probabilidade de que a neve caia. Isto pode ser feito usando os resultados de Häggmark e Ivarsson (1997), apenas corrigido para usar o bulbo congelado e não a temperatura do bulbo molhado.
a linha inferior é uma calculadora com a qual a probabilidade de neve pode ser estimada., como está relacionado com a temperatura do bolbo molhado? A relação entre a temperatura que encontramos e a temperatura de congelamento da água é muito semelhante à relação entre as temperaturas do bolbo seco e do bolbo da rede (onde este último é a temperatura reduzida que um termômetro molhado irá ler por causa da evaporação da água). A principal diferença é que a temperatura do bolbo úmido inclui a evaporação da água, enquanto no nosso caso, é a evaporação do gelo, com 15% mais perda de energia. Assim, estamos essencialmente à procura da temperatura do bolbo seco para a qual a temperatura do bolbo” congelado ” é 0 ° C.

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