Atmosphere - stadopedia
Amint már említettük, a levegőt a talajról melegítik. A légtér sűrűsége a magassággal csökken. E két tényező kombinációja normális helyzetet teremt a melegebb levegővel a felszínen, és fokozatosan lehűl a növekvő magassággal. Ezt a helyzetet a hőmérséklet-gradiensnek hívják. A standard gradiens (SG) (vagy a "normál" légkör gradiense) 2 Celsius fokos hőmérséklet-csökkenést jelent minden 300 méteres magasságnövelésnél. Most nézzük meg az igazi helyzeteket az éjjel és nappal. Éjszaka látható, hogy a levegő hidegebb a talaj közelében, mivel a hűtött felület érintkezik. Ezt a helyzetet felszíni inverziónak nevezik, és jellemző az éjszakára. A felületi inverszió akár 300 m-re, még jobban terjedhet a szél jelenlétében és a rétegek intenzív keverésében. Az inverzió szó azt a tényt jelöli, hogy a levegő hőmérséklete növekszik, vagy legalábbis nem csökken a magasság növekedésével, mint az SG-vel. Az inverse rétegben lévő levegő stabil. (Ez a koncepció kissé alacsonyabb).
A napi helyzet másképp néz ki. Itt a levegő a föld közelében melegebb, mint az SG-nél. Ez a levegő napkollektorozásához kapcsolódik. A C gráf alján látható gradiens instabil, és nagyon érdekes számunkra.
Stabil levegő a levegő, amely nem mozog a függőleges síkban. Nézzük ezt a folyamatot. Képzeld el, hogy a légkörben légbuborék emelkedik, amint az az ábrán látható.
Az emelkedéssel kibővül, és csökken a nyomás. Ez a nyomás körülbelül lineárisan 3000 m magasságig változik, és a légbuborék 100 fokos felmelegedésétől körülbelül 1 Celsius fokot hűl.
Az emelkedő levegő 1 ° C / 100 m hűtési sebességét száraz adiabatikus gradiensnek (SAG) nevezik. A száraz nem azért van, mert nincs vízgőz a levegőben, hanem azért, mert nem kondenzálódnak. Adiabatikus, mivel a környezeti levegőből nem melegítenek, és nem adják hozzá. Valójában bizonyos hőcserék zajlanak, de általában korlátozott és jelentéktelen.
Mint ismeretes, a meleg levegő sűrűsége kisebb, mint a hideg, ugyanolyan nyomáson. A melegebb levegő hajlamos felemelkedni, mert könnyebb és hidegebb lesz. Ugyanezen okból kifolyik a vízben lévő fa, és a kő megfullad.
Így, ha a mi buborék emelkedik olyan atmoszférában, amely lassabban hűl le, mint 1 ° C / 100 m, akkor a buborék lehűlni gyorsabb, mint a környező levegő és ezért emelkedik lassabban, amíg a helyzet nem felel meg a fenti rajzot. Valójában a buborék eléri az egyensúlyi szintnek megfelelő magasságot, amely után az emelő megáll és fordítva. Ez a stabilitás állapota.
A bizonytalan levegő a másik irányba viselkedik. Az atmoszférában 1 ° C / 100 m-nél nagyobb hőmérséklet-gradiensnél a légbuborék gyorsabban növekszik, nem hűl le annyira, mint a környező levegő és az emelkedés gyorsul.
A légi instabilitást az egyensúlyhiány határozza meg. Az alsó rétegekben túl meleg és nyugodt a függőleges síkban (vegye figyelembe, hogy a vízszintes szél mind stabil, mind instabil légkörben jelen van).
Most rövid meghatározást adhatunk meg:
Stabilitási feltételek figyelhetők meg, ha a légköri hőmérséklet gradiense kisebb, mint 1 ° C / 100 m, különben a levegő instabil.
Fontos megjegyezni, hogy stabil körülmények között, minden mozgást a levegő lefelé, és akadályokba ütközik, míg az instabil levegő ereszkedik buborék továbbra is csökken. A körülmények stabilitása és instabilitása jelentősen befolyásolja a turbulenciát. Az instabil körülmények vezetnek a termikus aktivitás előfordulásához, amit alább vizsgálunk.
Az 1 ° C / 100 m-nél nagyobb légköri gradiens gradiens a superadiabatikus gradiens (Super AG). A Super AG feltételei elsősorban csak a fűtött sivatagok, vagy kevésbé forró területeken, napsütéses napokon, a korlátozott, zárt térségek felett helyezkednek el.
A növekvő levegő, amely pár vizet tartalmaz, kibővül és hűt, és relatív páratartalma nő. Ha ez a folyamat folytatódik, akkor a relatív páratartalom eléri a 100% -ot, ebben az esetben a levegő telítettségéről beszél. Bizonyos hőmérsékleten a harmatpont körülményei merülnek fel. Ha ez a levegő tovább emelkedik, akkor páralecsapódás kezdődik, ami mindig a "látens hő" felszabadulásával jár. A felszabadulás a levegő melegítését eredményezi, lassabban hűl le, mint az SAG-ban, és tovább emelkedik.
Ezt a helyzetet nedves adiabatikus gradiensnek (VAG) nevezik. Ez a gradiens 1-100 ° C és 2,8 ° C közötti, 300 m magasságban függ a felszálló levegő hőmérsékletétől és körülbelül 0,5 ° C / 100 m-es átlagtól.
Amikor a hőmérséklet profilját a légkör közötti SAG és VAG, mondjuk a hangulat „viszonylag instabil”, ami azt jelenti, hogy ha ezt követően telített instabil, mivel ez vezetne kondenzáció és felhőképződés.
A WAG jobb oldalán lévő zóna teljesen stabil légkör. Az e zónában lévő gradiensben lévő légtömeg mindig visszatér az eredeti helyzetébe, még akkor is, ha kondenzáció következik be. Az SAG bal oldalán lévő zóna egy teljesen instabil körülményt nyújtó térség, melynek spontán képződése termikus (Super AG).
A gőzös járatok esetén a körülmények instabilak, míg a járatok esetében például egy motor esetén kívánatos, hogy a levegő stabil legyen.
Alapvetően egy tiszta, felhőtlen éjszaka, amely tiszta reggává változik, instabil körülményekkel jár. Ilyen körülmények között hideg levegő vastag réteg jellemzi, ami instabil, mivel a levegőt a föld felszínéről reggel reggel melegíti. Azonban nagyon hideg éjszakák késleltetik a nagy konvekció kialakulását a felületi inverzió miatt.
A nap nagyon stabilnak ígérkezik, ha az ég folyamatos felhõkkel borul, vagy a felhõség változó, és a föld fokozatosan felmelegszik. A légkör stabilitása a felhők típusával megítélhető. A feltörekvő kumulusz felhők jelzik a növekvő áramlatokat, és mindig instabilitást feltételeznek. A réteges felhők általában stabilitásról beszélnek. Egy bizonyos szintig emelkedő és ott áramló füst a stabilitás egyértelmű jele, míg a magas füstfelhők instabil körülmények között jelennek meg.
A piszkos forgószél, a szeles szél és a jó láthatóság instabilitást jeleznek, míg a folyamatos szél, a köd és a gyenge látási viszonyok stabil levegőt jeleznek.
A felhők számtalan mikroszkopikus, különböző méretű vízből álló részecskékből állnak: 0,0001 cm telített levegőből és folyamatosan kb. Amint említettük, a telített levegő 100% relatív páratartalmú levegő. A vízgőz mennyiségének megváltoztatása nélkül is a levegő hűtéssel telítődhet. A felhőképződés fő módja a nedves levegő hűtése. Ez akkor fordul elő, amikor a levegő lehűl, ha felfelé emelkedik a termálvízben, illetve amikor nagy "meleg" levegőtömeg áramlik felülről a hidegebbé.
A harmatpontot fel lehet használni a felhő fenekének (alap) meghatározására. Tegyük fel, hogy az emelkedő levegő lehűl SAG, t. E. 1 ° C / 100 m. Azonban, a harmatpont-hőmérséklet csökken, mindössze 0,2 ° C / 100 m. Így, a hőmérséklet emelkedik a levegő és a harmatpont konvergál 0,8 ° C / 100 m. Amikor kiegyensúlyozódnak, elkezdődik a felhők képződése. Így a föld felszínén lévő levegőhőmérséklet ismeretében és a harmatponton egy adott hőmérsékleten meghatározhatjuk a felhőalap bázisának magasságát a
h = ((Ts-Tr) / 0,8) * 100.
A harmatpont megtalálásához nedves elektromos hőmérőt kell használni. A felhőalap magassága fontos (bár nem feltétlenül szükséges) tudni, mert valójában ez a maximális magasság, amit termikus folyamok segítségével lehet elérni.
Egy időben a felszálló levegő eléri a harmatpontot, 100% relatív páratartalom mellett. Aztán minden úgy tűnik, érett a felhők kialakulása. Érdekes azonban, hogy szüksége van valamire, hogy megvalósítsa ezeket a feltételeket. Az "asszisztens" nélkül a levegő nagyon telített lehet, és relatív páratartalma több mint 100%. Ez az asszisztens a legkisebb részecskék, amelyek a levegőben vannak.
Ezeket kondenzációs központoknak (nuclei) nevezzük, mivel a gőzöket a maguk körül vagy a szublimációs központokba tömörítik, ha a gőz jégre kristályosodik. Ez megfigyelhető télen egy hideg üvegen.
A kondenzációs központok, amelyek körül cseppek képződnek, lehetnek égéstermékek, kénsav és cseppecskék cseppjei. Az első két típus szennyezéstermék, az utóbbi - a tenger és az óceán hullámainak munkája, a part elleni küzdelem eredménye. A szublimációs központok szerepe, amelyekben jég keletkezik, por és vulkáni por is. A szublimációs központok viszonylag nagyok, ezért ritkán lépnek be azokba a magasságokba, ahol a hőmérséklet biztosítja a jég képződését.
A nagy tengerszint feletti repülőgép által elhagyott nyomvonal jégrészecskéket is tartalmaz. De a kristályosodás nem csak az égéstermékek körül történik, hanem a repülőgép által okozott levegő sokk miatt is. Ugyanígy lehetséges megolvasztani a megolvadt vasat 300 ° C-os hőmérsékletre az olvadáspont alatt, miközben még mindig folyadék marad. De elég kis nyomás, és az olvadék azonnal lefagy.
A cseppecskék mérete körülbelül 0,001 cm telített levegőben - ez a látható tömeg. Ha van egy kondenzációs folyamat növeli 0,0025 cm. Még egy ilyen, viszonylag nagy méretű, a cseppek olyan könnyű, hogy azok maradnak felhők nélkül zuhan.
Számos tényező határozza meg a felhők életét. Először is, a felhők elszigetelt növekvő áramlások (termikus) alakulnak ki, amelyek hajlamosak keveredni a környező levegővel. Kezdetben a levegő csak a határa mentén keveredik, de a gőzök kondenzációja után kezdődik a látens hő, és intenzívebb keveredik a környező levegővel.
Egy elszigetelt kumulusz felhő kb. 0,5 órával az első kondenzációs jeleitől kezdve, a bomlást megelőzően a légköri tömegbe. A levegőben nagyszámú felhő keletkezhet, amely folyamatosan, született, élő és meghal.
A felhők nem mindig olyan gyorsan szakadnak fel. Ez akkor fordul elő, ha a felhők szintjén lévő környezeti levegő ugyanolyan páratartalmat és keverést eredményez.
A folyamatos melegítés a felhőket táplálja és 30 perc feletti szabadságát meghosszabbíthatja. A zivatarok hosszú élettartamú felhők. A termikus növekvő áramlatok révén sok órát élhetnek.
Felhők magasságban
Sötét, erősen fejlett. A csúcs gyakran sík, mint egy üllő
Szoros a zivatarok
A régi felhők nem halnak meg, lefagynak. Az idősebb felhők sárgás, homályosabb árnyalatúak, mint az újak. Emellett az idősebb felhők homályosabb élei.
Három fő típusú felhő van. Ez a stratus réteges (St), a kumulusz - kumulusz (C) és a cirrus - cirrus (Ci). A réteges felhők formájában a neve - vékony, sík vagy réteges - a nagy mennyiségű levegő lassú mozgásából adódik. Ezek a felhők nagy területeket fedeznek fel, és szürkületet tesznek. Gyakran alakulnak stabil körülmények között, csendes mozgás frontok, vagy lassan növekvő áramlások körüli alacsony nyomású rendszerek.
A kumulusz felhők úgy néznek ki, mint a gyapot hegyei, vagy egy hatalmas karfiol, amely magasságban repül. Ezek a felhők gyakran képződnek jó idő, és ha bevont ég negyede vagy kevesebb, hívják őket felhők szép idő, és ezek által alkotott konvekciós vagy egyedi upstream hordozó nedvességet.
Ezután a felhők oszlanak magasságban. A típusok és jellemzők a táblázatokban találhatók.
Az elülső része a hideg és a meleg levegő tömegének határa. Ha a hűvösebb levegő előre mozog, az elülső részt hidegnek nevezik, ha éppen ellenkezőleg: meleg front. Néha a levegő tömegek előre haladnak, amíg meg nem állítják őket a megnövekedett nyomás előtt. Ebben az esetben a tömegek közötti határt állomásként jelöljük. Ebben az esetben fontos, hogy az elülső rész elosztja a légtömegeket különböző hőmérsékletekkel, és így különböző sűrűségeket. Különböző sűrűségű légtömegek nem hajlamosak keverni, mint például az olaj vizet. Ezért egy álló elülső rész több napig állhat.
A hideg homlokzat főként észak-déli irányból mozog az északi féltekén és fordítva - a déli féltekén. Ez az elülső része hideg, gyakran száraz levegőből áll. Ha a hidegfront helyettesítheti az instabil levegőt, akkor felemelkedik és konvektív felhőket képez. Ez a fajta frontális tevékenység gyakran zuhanással és csapásokkal jár.
A csapdákat 80-500 km mélyen és az elülső részen elterülő viharok okozzák.
A hideg homlokzatok inkább energiaigényesek, mint a meleg homlokzatok, és 60 km / h-nál nagyobb sebességgel utazhatnak, különösen télen, amikor a levegő sűrűbb. Az elülső gyors mozgása meghatározza az időjárás erőszakos jellegét, ugyanakkor gyorsabb átjárását. A hidegfrontok lejtése 1/30-ről 1/100-re változik, ami előre haladva erős felmelegedést eredményez a meleg levegőben. A lejtés függ a légtömeg és a szélsebesség közötti homérséklettől.
Ha a feltételek a hidegfront előtti és utáni állapotban stabilak, akkor réteges felhők képződnek. Ebben az esetben megfigyelhető az égbolt lassú megtisztítása az elülső rész után, de maga is lassan szivárog.
A hidegfrontok kezdete, különösen a forró hónapokban, tiszta égboltot, jó láthatóságot és termikus aktivitást, valamint sűrű levegőt hordoz.
A meleg homlokzat felhőket, magas páratartalmat, homályt és ködöt, hő- és esőfelületeket borítja fel néhány napig. Amikor a meleg előlap áthalad a meleg levegőn, felfelé vezet a hidegbe és elmozdítja. A meleg homlokzatok általában lassabban mozognak, mint a hidegek - 25 km / h vagy kevesebb, és az alacsonyabb légsűrűség jellemzi. Felszínének lejtése 1/50 és 1/400 között változik, ami hidegebb, mint a hidegé.
A meleg front ilyen lejtése az az oka, hogy az ég teljesen felhõkkel borított, több mint 2400 km távolságban. Az a megközelítés, a melegfront jósolható meg, hogy egy-két nap előtt elhaladó pehelyfelhők jelenik meg, akkor fejlődik cirrostratus és cirrocumulus.
A meleg, stabil levegővel ellátott front esetén várható, hogy az eső és alapvetően nyugodt körülmények között, esetleg akár az elülső részig is hosszú idő telik el. Ellenálló levegő esetén nagy esőzések várnak minket, váltakozva kis, szitálással. Erős turbulencia zivatarokkal lehetséges. Mindenesetre a meleg front áthaladása jobb, ha várakozik a tető alatt.