Formation de la précipitation Nuage chaud Surfondu Nuage froid Mixte Glacé

Nuage chaud croissance des gouttes Croissance/ décroissance par diffusion Condensation / évaporation Croissance par coalescence Une fois les noyaux de condensation activés, les gouttelettes ainsi formées continuent a grandir par diffusion de la vapeur (condensation). Les gouttes, de tailles différentes se déplacent à différentes vitesses et entrent en collision, ce que peut amener à la coalescence des deux gouttes. C ’est la croissance par coalescence. Ces deux processus ne suffisent pas à expliquer la formation de la pluie dans les nuages chauds (sans phase solide). L ’association du processus de croissance par condensation et de la coalescence stochastique peut expliquer la formation de la précipitation chaude. Continue/stochastique

Nuage chaud croissance par diffusion (condensation) Le mouvement des molécules par diffusion dépend du gradient de concentration des molécules n(r) r Champ de vapeur au tour d ’une gouttelette au sein d ’un environnement sursaturé Une fois les noyaux de condensation activés, les gouttelettes ainsi formées continuent a grandir par diffusion de la vapeur (condensation). Les gouttes, de tailles différentes se déplacent à différentes vitesses et entrent en collision, ce que peut amener à la coalescence des deux gouttes. C ’est la croissance par coalescence. Ces deux processus ne suffisent pas à expliquer la formation de la pluie dans les nuages chauds (sans phase solide). L ’association du processus de croissance par condensation et de la coalescence stochastique peut expliquer la formation de la précipitation chaude.

Le flux de molécules à travers de la surface de rayon r est proportionnel au gradient de concentration de molécules d ’eau à la surface. Le changement de masse de la gouttelette est égale à la masse des molécules traversant la surface (nombre de molécules x masse molaire) r À la surface r, le gradient de molécules est donné par (n¥ - nr)/r Le taux de croissance peut être écrit en fonction de la densité partielle de la vapeur :

La chaleur latente dégagée pendant la condensation change la température de la goutte. Or la tension d ’équilibre à la surface de la goutte dépend de T Le transfert de chaleur entre la goutte et son environnement doit être prise en considération dans la détermination du gradient de la vapeur. décrit l ’effet de la diffusion de la chaleur Le changement de température de la goutte est : …qui est zéro dans des conditions stationnaires À l ’état stationnaire la chaleur dégagée pendant la condensation est égale à la chaleur perdue par diffusion

Le chaleur latente dégagée pendant le changement de masse doit équilibrer la chaleur échangée avec le milieu : Nous connaissons aussi la relation entre v( r ) et T( r ) On a deux équations à deux inconnues : v( r ) et T( r ) le système peut être résolu numériquement.

En connaissant v( r ) on peut calculer la variation de la masse de la goutte, dm/dt

Alternative à la solution numérique Terme associé à la diffusion de la vapeur (condensation) Terme associé à la diffusion de la chaleur

Variation du rayon en fonction de t où x = (S-1)/(Fk +Fd) x dépend de T et p: À noter que x augmente d’un facteur de 10 proche de la surface quand la température passe de -27 à 13 C * Comment change x pendant une ascension pseudoadiabatique?

Variation du rayon en fonction de t La même équation s’applique à la variation du rayon de la goutte dans un milieu sous saturé ; (S-1) et dr/dt < 0 T=280 K S=0.8 Distance parcourue par une goutte de rayon r avant évaporation complète

Résumé Conclusion: la diffusion ne peut pas expliquer, 1) La diffusion est très efficace au début de la croissance des gouttes 2) La croissance d ’une goutte tend à «plafonner» avec le temps 3) Le spectre de la taille de gouttes devient plus étroit, i.e., la diffusion tend à uniformiser la taille de gouttes avec le temps. 4) Si S-1 < 0, la goutte ‘ évapore Conclusion: la diffusion ne peut pas expliquer, à elle toute seule, la formation de la précipitation.

Croissance par condensation d ’une population de gouttes Dans les nuages réels les gouttes ne sont pas isolées. Il s ’établit une compétition entre les gouttes par rapport à la diffusion de vapeur d ’eau. La variation de l ’état saturation S du nuage va dépendre: 1) du taux de production de sursaturation du au soulèvement adiabatique. 2) du taux de «consommation» due à la condensation de la vapeur d ’eau sur les gouttelettes et de noyaux de condensation.

Croissance par condensation d ’une population de gouttes

Profil de S(z) w = 15 cm/s Noyaux de NaCl maximum altitude w = 15 cm/s Noyaux de NaCl Les deux tailles les plus petites ne sont pas activées (La sursaturation maximale de 0.5% est inférieure à leur sursaturation critique) Le spectre de gouttes devient plus étroit.