A légkör szétoszlása és a száraz levegő függőleges egyensúlya, a légkör termikus körülményei,
A légkör rétegzése és a száraz levegő függőleges egyensúlya
1. A konvekció kialakulásához ezért szükséges a légkör hőmérséklet-eloszlása, amelyben a Ti-Ta hőmérséklet-különbség megmaradna, vagy még jobban növekedne a részecske eltolódásával.
Először képzeljük el, hogy száraz levegővel foglalkozunk (ugyanazok a következtetések vonhatók le a nedves, telítetlen levegőre). A száraz levegő részecskét, ahogy az a második fejezetből ismert, adiabatikusan 1 ° C-kal hűl le minden 100 méteres emelkedésnél, és minden 100 méteres süllyedésnél 1 ° C-kal hevítik. Ha a részecskék és a környező levegő néhány kezdeti hőmérséklet-különbség Ti - Ta, majd ezt a különbséget a részecske mozgás és, következésképpen, hogy mentse konvekciós az szükséges, hogy a környezeti atmoszféra hőmérsékletet változtattuk a függőleges által az azonos mennyiségű, azaz. . a
1 ° C minden 100 méterre, vagyis egy függőleges hőmérsékleti gradiens y = -dTa / dz. egyenlő a száraz adiabatikus gradiens ya-val, azaz 1 ° C / 100 m-val. A meglévő konvekció vele marad, de nem emelkedik a magassággal.
Ha a függőleges hőmérséklet gradiens a légkörben kisebb, mint 1 ° C / 100 m (<уа), т°. какова бы ни была первоначальная разность температур 77-Та, при движении частицы вверх или вниз она будет уменьшаться. Следовательно, ускорение конвекции будет убывать и в конце концов на уровне, где Г,- станет равной Та, дойдет до нуля, а вертикальное движение частицы прекратится.
Ha a függőleges hőmérséklet-gradiens a légkörben superadiabatic, t. E. Több mint 1 ° C / 100 m (y> Ya), azután a függőleges részecske mozgás felfelé vagy lefelé a hőmérséklet-különbség a részecskék és a környező levegő növeli konvekciós és a gyorsulás növeli.
Tehát a száraz vagy telítetlen levegőben történő konvekció kifejlesztéséhez szükséges, hogy a levegő oszlopban lévő függőleges hőmérsékleti gradiensek szárazabb adiabatikusak legyenek. Ebben az esetben azt mondják, hogy a légkörnek instabil rétegződése van. A száraz adiabatikusnál kisebb függőleges hőmérsékleti gradienseknél a konvekció kialakulásának feltételei kedvezőtlenek. Azt mondják, hogy a légkör stabil rétegződést mutat. Végül, a közbenső esetben a száraz adiabatikus gradiensnek megfelelő függőleges gradienssel a meglévő konvekció megmarad, de nem amplifikálódik. Azt mondják, hogy a légkörnek közömbös rétegződése van.
Ábra. 32. A száraz levegőben lévő instabil (a), stabil (b) és indifferens (in) rétegződés vázlatos példái.
A növekvő és a környezeti levegő közötti kezdeti hőmérsékletkülönbség az első esetben növekszik, a második esetben csökken, a harmadik esetben azonban nem változik.
Az ismertetett körülményeket az 1. ábra vázlatos példái mutatják be. 32.
2. A kifejezések helyett egy stabil, instabil és közömbös rétegződést használnak a következőképpen: stabil, instabil és közömbös egyensúly. Az egyensúlyi kifejezés jelentése itt a következő. Tegyük fel, hogy a vízszintes irányba nincsenek hőmérséklet-különbségek, és következésképpen nincs konvekció. Most egy bizonyos mennyiségű levegőt veszünk. Tegyük fel, hogy valamilyen külső erő alkalmazásával felemeltük vagy leeresztettük ezt a részecskét egy új szintre, még akkor is, ha nagyon közel jár a kezdetihez. Hogyan viselkedik, ha önmagára marad. Közömbös rétegződéssel, azaz 1 ° C / 100 m (y = Ya) légköri oszlop függőleges gradiensével ez a részecske ugyanolyan hőmérsékletet fog elérni minden új szinten, mint a környezeti levegő ezen a szinten. Minden 100 méteres függőleges elmozdulás esetén hűlni vagy felmelegíteni 1 ° C-ra; hanem a környezeti levegőben is, a hőmérséklet ugyanaz az érték, amely alacsonyabb vagy magasabb, mint a kezdeti szinten. Ennek következtében az új helyzetben a Ti-Ta hőmérséklet-különbség nulla marad, és a részecske egyensúlyban van egy új szinten. Ezt az esetet közömbös egyensúlynak nevezik a függőleges mentén.
Ábra. 33. A rétegzési görbék az aerológiai diagramban. 1 - száraz, rezisztens rétegződés, 2 nedves, 3-nedves, nem rezisztens.
Stabil rétegződéssel, azaz 1 ° C / 100 m-nél (y<уа), частица, смещенная из первоначального положения, ер0 адиабатически охладившись или нагревшись при смещении, станет холоднее окружающего воздуха, если она поднята вверх, и теплее, если опущена вниз. Поэтому предоставленная самой себе, частица вернется в начальное положение, где разность Г,-Та снова превратится в нуль. В этом случае говорят об устойчивом равновесии по вертикали.
.. Végül, ha instabil rétegződés, azaz a függőleges hőmérséklet-gradiens nagyobb, mint 1 ° C / 100 m (y> ya), a részecske lenne felfelé eltolt melegebb, mint a környező levegő, és a lefelé eltolt - hidegebb. Ha önmagára marad, tovább mozog a kiindulási helyzetből. Ebben az esetben egy instabil egyensúlyról beszélünk.
A 26. fejezet 2. fejezetében már tisztáztuk, hogy a lehetséges hőmérséklet a magasság függvényében változik, a függőleges hőmérsékleti gradiens függvényében. Most azt mondhatjuk, hogy abban az esetben semleges rétegződés potenciális hőmérséklet az oszlop a levegő nem változik a magasság, ha instabil rétegződés csökken a magassággal esetében stabil rétegződés növekszik magassága.
3. Kifejezetten a fent leírt kapcsolatokat grafikusan ábrázolhatjuk egy aerológiai diagramon (lásd a 24. fejezet 2. fejezetét). A száraz levegőben lévő függőlegesen mozgó részecske hőmérsékletváltozását a diagram (33. ábra) száraz adiabat segítségével ábrázolja. A megfigyelésekből kapott környezeti levegő hőmérséklet-eloszlását a rétegződési görbe ábráján ábrázoltuk. Ha a diagram rétegződési görbéje jobban hajlik a hőmérsékleti tengelyhez, mint a száraz adiabat, akkor a rétegződés instabil. Ellenkező esetben a rétegződés stabil. Ha a rétegzési görbe egybeesik a száraz adiabat-val, akkor a rétegződés közömbös.
Minél nagyobb a rétegzési görbe által körülvett terület és a rétegződési görbe kezdeti pontján áthaladó adiabatikus görbe, annál nagyobb a bizonytalansági energia ebben az esetben és a fejlettebb konvekció.
