Lapse rate (Deutsch)

Die lapse rate ist definiert als die negative der rate der änderung in eine atmosphärische variable, in der regel temperatur, mit höhe beobachtet, während moving nach oben durch eine atmosphäre. Während typischerweise auf die Erdatmosphäre angewendet, kann das Konzept auf jede gravitativ unterstützte Gaskugel ausgedehnt werden.

• 1 Definition
• 2 Arten von lapse raten
  • 2,1 Umwelt lapse rate
  • 2,2 Trockenen adiabatische lapse rate
  • 2.,3 Gesättigte adiabatische Rückfallrate
• 3 Bedeutung in der Meteorologie
• 4 Mathematische Definition
• 5 Siehe auch
• 6 Zusätzliche Lektüre
• 7 Referenzen

Definition

Eine formale, von Experten begutachtete Definition aus dem Glossar der Meteorologie lautet:

Die Abnahme einer atmosphärischen Variablen mit Höhe, wobei die Variable Temperatur ist, sofern nicht anders angegeben. Der Begriff gilt mehrdeutig für die Umweltfälschungsrate und die Prozessfälschungsrate, und die Bedeutung muss oft aus dem Kontext ermittelt werden.,

Arten von Verfallraten

Es gibt zwei Arten von Verfallraten:

• Umweltverfallrate-die sich auf die tatsächliche Änderung der Temperatur mit der Höhe für die stationäre Atmosphäre bezieht (dh der Temperaturgradient)
• Die adiabatischen Verfallraten-die sich auf die Temperaturänderung einer Luftmasse beziehen, wenn sie sich nach oben bewegt., Es gibt zwei Adiabatische Preise:
  • Dry adiabatic lapse rate
  • Feucht-Adiabatische lapse rate

Umwelt-lapse rate

Die environmental lapse rate (ELR), ist das negativ der tatsächlichen änderung der Temperatur mit der Höhe des stationären Atmosphäre zu einem bestimmten Zeitpunkt und Standort. Die ELR an einem bestimmten Ort variiert von Tag zu Tag und sogar während jedes Tages. Als Durchschnitt definiert die Internationale Zivilluftfahrtorganisation (ICAO) eine internationale Standardatmosphäre mit einer Temperatur von 6,49 °C/1000 m (3,56 °F oder 1.,98 °C / 1000 ft) vom Meeresspiegel bis 11 km (36,090 ft). Von 11 km (36.090 ft oder 6.8 mi) bis 20 km (65.620 ft oder 12.4 mi) beträgt die konstante Temperatur -56.5 °C (-69.7 °F), was die niedrigste angenommene Temperatur in ISA ist. Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass die Standardatmosphäre keine Feuchtigkeit enthält und dass die Temperatur der Atmosphäre nicht immer stetig sinkt. Zum Beispiel kann es eine Inversionsschicht geben, in der die Temperatur mit zunehmender Höhe ansteigt.,

Trockene adiabatische Rückfallrate

Die trockene adiabatische Rückfallrate (DALR) ist das Negativ der Rate, mit der ein steigender Anteil trockener oder ungesättigter Luft die Temperatur mit zunehmender Höhe unter adiabatischen Bedingungen ändert. Ungesättigte Luft hat weniger als 100% relative Luftfeuchtigkeit, d. H. Ihre Temperatur ist höher als ihr Taupunkt. Der Begriff adiabatisch bedeutet, dass keine Wärmeübertragung (Energieübertragung aufgrund einer Temperaturdifferenz) in oder aus dem Paket erfolgt., Luft hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit, und die beteiligten Luftkörper sind sehr groß, so dass die Wärmeübertragung durch Leitung vernachlässigbar gering ist.

Wenn die Luft unter diesen Bedingungen gerührt wird (z. B. durch Konvektion) und ein Luftpaket ansteigt, dehnt sie sich aus, da der Druck in höheren Lagen niedriger ist. Wenn sich das Luftpaket ausdehnt, drückt es die Luft um es herum und macht Arbeit; Da das Paket funktioniert und keine Wärme gewinnt, verliert es innere Energie und so sinkt seine Temperatur. (Das Gegenteil tritt bei einem sinkenden Luftpaket auf.,)

Für ein ideales Gas ist die Gleichung Temperatur T und Druck p für einen adiabatischen Prozess

wobei γ das Wärmekapazitätsverhältnis (γ=7/5, für Luft) und z die Höhe ist. Eine zweite Beziehung zwischen Druck und Temperatur ist die Gleichung des hydrostatischen Gleichgewichts:

wobei g die Standardschwerkraft, R die Gaskonstante und m die Molmasse ist. Wenn man diese beiden Gleichungen kombiniert, um den Druck zu eliminieren, kommt man zum Ergebnis für den DALR,

.,

Gesättigte adiabatische Lapse Rate

Wenn die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist (an ihrem Taupunkt), gilt die feuchte adiabatische Lapse Rate (MALR) oder gesättigte adiabatische Lapse Rate (SALR). Es variiert stark mit dem Feuchtigkeitsgehalt, der von der Temperatur abhängt, und leicht mit Druck von +3 °C/km (hohe Oberflächentemperatur) bis +9,78 °C/km (sehr niedrige Temperatur), wie man im Diagramm sehen kann. Bei Temperaturen über dem Gefrierpunkt liegt es jedoch normalerweise nahe +4,9 °C / km (+2,7 °F/1000 ft oder + 1,51°C/1000 ft)., Der Grund für den Unterschied ist, dass latente Wärme freigesetzt wird, wenn Wasser kondensiert. Obwohl es in einem Kilogramm Luft bei 15 Grad Celsius nicht mehr als 10 Gramm Wasser gibt, erzeugt die hohe Verdampfungswärme des Wassers eine signifikante Freisetzung der Energie, wenn es kondensiert (und eine wichtige Energiequelle bei der Entwicklung von Gewittern ist). Bis die Feuchtigkeit zu kondensieren beginnt, kühlt sich die Luftmenge am DALR ab, sodass davon ausgegangen werden kann, dass jede ungesättigte Luft „trocken“ ist.,

Bedeutung in der Meteorologie

Die unterschiedlichen Umweltabfallraten in der gesamten Erdatmosphäre sind von entscheidender Bedeutung in der Meteorologie, insbesondere innerhalb der Troposphäre. Sie werden verwendet, um festzustellen, ob das Paket der aufsteigenden Luft hoch genug ansteigt, damit sich sein Wasser zu Wolken kondensiert, und nach der Bildung von Wolken, ob die Luft weiter aufsteigt und größere Duschwolken bildet und ob diese Wolken noch größer werden und Cumulonimbuswolken (Donnerwolken) bilden.

Wenn ungesättigte Luft ansteigt, sinkt ihre Temperatur mit der trockenen adiabatischen Rate., Der Taupunkt sinkt ebenfalls, aber viel langsamer, typischerweise etwa-2 °C pro 1000 m. Wenn ungesättigte Luft weit genug ansteigt, erreicht ihre Temperatur schließlich ihren Taupunkt und Kondensation beginnt sich zu bilden. Diese Höhe wird als anhebender Kondensationspegel (LCL) bezeichnet, wenn mechanischer Auftrieb vorhanden ist und der konvektive Kondensationspegel (CCL) fehlt mechanischer Auftrieb, in diesem Fall muss das Paket von unten auf seine konvektive Temperatur erhitzt werden. Die Wolkenbasis befindet sich irgendwo in der Ebene, die von diesen Parametern begrenzt wird.,

Die Differenz zwischen der trockenen adiabatischen Rückfallrate und der Rate, mit der der Taupunkt abfällt, liegt bei etwa 8 °C pro 1000 m. Bei einem Temperatur — und Taupunktunterschied am Boden kann man die LCL leicht finden, indem man die Differenz mit 125 m/°C multipliziert.

Wenn die Umgebungsabfallrate geringer ist als die feuchte adiabatische Rückfallrate, ist die Luft absolut stabil-steigende Luft kühlt schneller ab als die Umgebungsluft und verliert an Auftrieb. Dies geschieht oft am frühen Morgen, wenn die Luft in Bodennähe über Nacht abgekühlt ist. Wolkenbildung in stabiler Luft ist unwahrscheinlich.,

Wenn die Umgebungsabfallrate zwischen den feuchten und trockenen adiabatischen Rückfallraten liegt, ist die Luft bedingt instabil — ein ungesättigtes Luftpaket hat keinen ausreichenden Auftrieb, um zum LCL oder CCL aufzusteigen, und es ist stabil gegenüber schwachen vertikalen Verschiebungen in beide Richtungen., Wenn das Paket gesättigt ist, ist es instabil und steigt auf das LCL oder CCL an und wird entweder aufgrund einer Inversionsschicht der konvektiven Hemmung angehalten, oder wenn das Heben fortgesetzt wird, kann eine tiefe, feuchte Konvektion (DMC) auftreten, da ein Paket auf das Niveau der freien Konvektion (LFC) ansteigt, wonach es in die freie Konvektionsschicht (FCL) eintritt und normalerweise auf das Gleichgewichtsniveau (EL) ansteigt.,

Wenn die Umgebungsabfallrate größer als die trockene adiabatische Rückfallrate ist, hat sie eine superadiabatische Rückfallrate, die Luft ist absolut instabil — ein Luftpaket gewinnt an Auftrieb, wenn es sowohl unter als auch über das anhebende Kondensationsniveau oder das konvektive Kondensationsniveau ansteigt. Dies geschieht oft am Nachmittag über viele Landmassen. Unter diesen Bedingungen ist die Wahrscheinlichkeit von Kumuluswolken, Schauer oder sogar Gewitter erhöht.,

Meteorologen verwenden Radiosonden, um die Umweltabfallrate zu messen und sie mit der vorhergesagten adiabatischen Abfallsrate zu vergleichen, um die Wahrscheinlichkeit eines Anstiegs der Luft vorherzusagen. Diagramme der Umgebungsrafferrate sind als thermodynamische Diagramme bekannt, Beispiele dafür sind Skew-T log-P-Diagramme und Tephigramme. (Siehe auch Thermik).

Der Unterschied in der feuchten adiabatischen Rückfallrate und der Trockenrate ist die Ursache für das Phänomen Föhnwinde (in Teilen Nordamerikas auch als „Chinook-Winde“ bekannt).,

Mathematische Definition

Im Allgemeinen wird eine Verfallsrate als negatives Verhältnis der Temperaturänderung und der Höhenänderung ausgedrückt, also:

wobei γ die adiabatische Verfallsrate ist, die in Temperatureinheiten dividiert durch Höheneinheiten, T = Temperatur und z = Höhe angegeben ist und Punkte 1 und 2 Messungen in zwei verschiedenen Höhen sind.,

Hinweis: In einigen Fällen kann Γ oder α verwendet werden, um die adiabatische Rückfallrate darzustellen, um Verwechslungen mit anderen durch γ symbolisierten Begriffen wie dem spezifischen Wärmeverhältnis oder der psychometrischen Konstante zu vermeiden.

Siehe auch

• Adiabatischer Prozess
• Atmosphärische Thermodynamik
• Strömungsmechanik
  • Strömungsdynamik
• Föhnwind

Zusätzliche Lektüre