Lapse rate (Polski)

lapse rate definiuje się jako ujemną wartość szybkości zmian zmiennej atmosferycznej, Zwykle temperatury, z wysokością obserwowaną podczas poruszania się w górę przez atmosferę. Chociaż pojęcie to jest zazwyczaj stosowane w ziemskiej atmosferze, można je rozszerzyć na każdą grawitacyjnie podtrzymywaną kulę gazu.

• 1 Definicja
• 2 rodzaje upływu
  • 2.1 środowisko upływu
  • 2.2 suche adiabatyczne upływu
  • 2.,3 nasycone adiabatyczne Tempo upływu
• 3 znaczenie w meteorologii
• 4 definicja matematyczna
• 5 patrz również
• 6 dodatkowe odczyty
• 7 odniesienia

definicja

formalna, recenzowana definicja ze słownika Meteorologii to:

spadek zmiennej atmosfery o wysokość, której zmienną jest temperatura, chyba że określone. Termin ten stosuje się dwuznacznie do wskaźnika upływu środowiska i wskaźnika upływu procesu, a znaczenie musi być często ustalane z kontekstu.,

rodzaje upływu czasu

istnieją dwa rodzaje upływu czasu:

• środowiskowe upływu czasu – które odnosi się do rzeczywistej zmiany temperatury z wysokością dla stacjonarnej atmosfery (tj. gradientu temperatury)
• adiabatyczne upływu czasu – które odnoszą się do zmiany temperatury masy powietrza, gdy porusza się w górę., Istnieją dwie stawki adiabatyczne:
  • Dry adiabatic lapse rate
  • Moist adiabatic lapse rate

Environmental lapse rate

Environmental lapse rate (ELR), jest ujemna rzeczywistej zmiany temperatury z wysokością stacjonarnej atmosfery w określonym czasie i określonym miejscu. ELR w danym miejscu zmienia się z dnia na dzień, a nawet w ciągu każdego dnia. Jako średnią organizację Międzynarodowego Lotnictwa Cywilnego (ICAO) definiuje międzynarodową atmosferę standardową o temperaturze 6,49 °C/1000 m (3,56 °F lub 1.,98 °C/1000 ft) od poziomu morza do 11 km (36,090 ft). Od 11 km (36,090 Ft lub 6,8 mi) do 20 km (65,620 ft lub 12,4 mi), stała temperatura wynosi -56,5 °C (-69,7 °F), co jest najniższą założoną temperaturą w ISA. Ważne jest, aby pamiętać, że standardowa atmosfera nie zawiera wilgoci, a temperatura atmosfery nie zawsze systematycznie spada. Na przykład może istnieć warstwa inwersji, w której temperatura wzrasta wraz ze wzrostem wysokości.,

dry adiabatic lapse rate

dry adiabatic lapse rate (DALR) jest ujemnym tempem, w którym rosnąca paczka suchego lub nienasyconego powietrza zmienia temperaturę ze wzrostem wysokości, w Warunkach adiabatycznych. Powietrze nienasycone ma mniej niż 100% wilgotności względnej, tzn. jego temperatura jest wyższa niż jego punkt rosy. Termin adiabatyczny oznacza, że do lub z działki nie dochodzi żaden transfer ciepła (transfer energii z powodu różnicy temperatur)., Powietrze ma niską przewodność cieplną, a ciała powietrza są bardzo duże, więc transfer ciepła przez przewodzenie jest nieistotnie mały.

w tych warunkach, gdy powietrze jest mieszane (na przykład przez konwekcję), a paczka powietrza unosi się, rozszerza się, ponieważ ciśnienie jest niższe na wyższych wysokościach. Gdy paczka powietrza rozszerza się, popycha na powietrze wokół niej, wykonując pracę; ponieważ Paczka działa i nie zyskuje ciepła, traci energię wewnętrzną, a więc jej temperatura spada. (Odwrotność występuje dla tonącego fragmentu powietrza.,)

dla gazu idealnego równanie odnoszące się do temperatury T i ciśnienia p dla procesu adiabatycznego wynosi

gdzie γ jest współczynnikiem pojemności cieplnej (γ=7/5, dla powietrza), A z jest wysokością. Drugą relacją między ciśnieniem a temperaturą jest równanie równowagi hydrostatycznej:

gdzie g jest standardową grawitacją, r stałą gazową, a m masą molową. Łącząc te dwa równania w celu wyeliminowania ciśnienia, otrzymujemy wynik DALR,

.,

nasycony adiabatyczny upływ czasu

gdy powietrze jest nasycone parą wodną (w punkcie rosy), stosuje się wilgotny adiabatyczny upływ czasu (MALR) lub nasycony adiabatyczny upływ czasu (SALR). Zmienia się silnie z zawartością wilgoci, która zależy od temperatury, i lekko z ciśnieniem od +3 °c/km (wysoka temperatura w pobliżu powierzchni) do +9,78 °c / km (Bardzo Niska Temperatura), jak widać na wykresie. Jednak w temperaturach powyżej zera jest zwykle blisko +4,9 °c/km (+2,7 °F/1000 ft lub +1,51°C/1000 ft)., Powodem tej różnicy jest to, że utajone ciepło jest uwalniane podczas kondensacji wody. Chociaż w kilogramie powietrza w temperaturze 15 stopni Celsjusza znajduje się nie więcej niż 10 gramów wody, wysokie ciepło parowania wody powoduje znaczne uwolnienie energii, gdy się skrapla (i jest ważnym źródłem energii w rozwoju burz). Dopóki wilgoć nie zacznie się skraplać, część powietrza stygnie w DALR, więc każde nienasycone powietrze może być uznane za „suche”.,

znaczenie w meteorologii

zmienność tempa upływu środowiska w atmosferze ziemskiej ma kluczowe znaczenie w meteorologii, szczególnie w troposferze. Są one używane do określenia, czy paczka wznoszącego się powietrza wzniesie się wystarczająco wysoko, aby jego woda skraplała się tworząc chmury, a po uformowaniu chmur, czy powietrze będzie nadal rosło i tworzyło większe chmury deszczowe, i czy te chmury staną się jeszcze większe i utworzą chmury cumulonimbus (chmury grzmotów).

gdy unosi się nienasycone powietrze, jego temperatura spada w suchym tempie adiabatycznym., Punkt rosy również spada, ale znacznie wolniej, zwykle około – 2 °c na 1000 m. jeśli nienasycone powietrze wzrośnie wystarczająco daleko, w końcu jego temperatura osiągnie swój punkt rosy i zacznie tworzyć się kondensacja. Wysokość ta jest znana jako poziom kondensacji podnoszącej (LCL), gdy występuje podnośnik mechaniczny, a konwekcyjny poziom kondensacji (CCL) bez podnośnika mechanicznego, w którym to przypadku działka musi być ogrzewana od dołu do temperatury konwekcyjnej. Podstawa chmury będzie znajdować się gdzieś w warstwie ograniczonej tymi parametrami.,

różnica między suchym adiabatycznym okresem upływu a szybkością kropli punktu rosy wynosi około 8 °C na 1000 m. biorąc pod uwagę różnicę w temperaturze i odczycie punktu rosy na ziemi, można łatwo znaleźć LCL, mnożąc różnicę przez 125 m / °C.

Jeśli środowiskowy okres upływu jest mniejszy niż wilgotny okres upływu adiabatycznego, powietrze jest absolutnie stabilne — rosnące powietrze ochłodzi się szybciej niż otaczające powietrze i straci Wyporność. Często zdarza się to wczesnym rankiem, kiedy powietrze w pobliżu Ziemi ostygło w nocy. Tworzenie się chmur w stabilnym powietrzu jest mało prawdopodobne.,

Jeśli współczynnik upływu środowiska jest między wilgotnym i suchym adiabatycznym współczynnikiem upływu, powietrze jest warunkowo niestabilne — nienasycona partia powietrza nie ma wystarczającej pływalności, aby wznieść się do LCL lub CCL, i jest stabilna do słabych przemieszczeń pionowych w obu kierunkach., Jeśli paczka jest nasycona, jest niestabilna i wzrośnie do LCL lub CCL, i albo zostanie zatrzymana z powodu warstwy inwersji hamowania konwekcyjnego, lub jeśli podnoszenie trwa, może nastąpić głęboka, wilgotna konwekcja (DMC), ponieważ paczka wzrasta do poziomu wolnej konwekcji (LFC), po czym wchodzi w wolną warstwę konwekcyjną (FCL) i zwykle wzrasta do poziomu równowagi (EL).,

Jeśli współczynnik upływu środowiska jest większy niż współczynnik upływu suchego adiabatycznego, ma on superadiabatyczny współczynnik upływu, powietrze jest absolutnie niestabilne — paczka powietrza zyska Wyporność, gdy wzrośnie zarówno poniżej, jak i powyżej poziomu kondensacji podnoszącej lub konwekcyjnego poziomu kondensacji. Często zdarza się to w godzinach popołudniowych na wielu masach lądowych. W tych warunkach zwiększa się prawdopodobieństwo wystąpienia chmur cumulus, ulew, a nawet burz.,

meteorolodzy używają radiosond do pomiaru czasu upływu środowiska i porównują go z przewidywanym czasem upływu adiabatycznego, aby przewidzieć prawdopodobieństwo wzrostu powietrza. Wykresy upływu czasu są znane jako diagramy termodynamiczne, których przykładami są diagramy Skew-t log-P i tefigramy. (Zobacz też Termale).

różnica w wilgotnym tempie adiabatycznym i suchym jest przyczyną zjawiska wiatrów Föhna (znanych również jako „wiatry Chinook” w częściach Ameryki Północnej).,

definicja matematyczna

ogólnie rzecz biorąc, wskaźnik upływu jest wyrażony jako ujemny stosunek zmiany temperatury i zmiany wysokości, a więc:

gdzie γ jest adiabatycznym wskaźnikiem upływu podanym w jednostkach temperatury podzielonych przez jednostki wysokości, T = temperatura i z = wysokość, A Punkty 1 i 2 są pomiarami na dwóch różnych wysokościach.,

Uwaga: w niektórych przypadkach Γ lub α mogą być używane do reprezentowania adiabatycznej szybkości upływu w celu uniknięcia pomylenia z innymi terminami symbolizowanymi przez γ, takimi jak współczynnik ciepła właściwego lub stała psychometryczna.

patrz również

• proces adiabatyczny
• Termodynamika atmosferyczna
• Mechanika płynów
  • dynamika płynów
• Föhn wind

dodatkowe czytanie