Stratificare a atmosferei și echilibru vertical pentru aer uscat
1. Astfel, pentru dezvoltarea convecției, este necesară o distribuție a temperaturii în atmosferă în care diferența de temperatură Ti-Ta să fie păstrată sau, chiar mai bine, să crească odată cu deplasarea particulei.
Să ne imaginăm întâi că avem de-a face cu aer uscat (aceleași concluzii se aplică aerului umed, nesaturat). Frânele de particule uscate sunt cunoscute din capitolul al doilea, adiabatic se răcește la 1 ° C la 100 m înălțime și încălzite la 1 ° C la 100 de metri de coborâre. Dacă între particula și aerul înconjurător este o diferență inițială de temperatură Ti - Ta, apoi pentru a stoca această diferență în mișcare a particulelor și, în consecință, pentru a economisi convecție este necesar ca in temperatura atmosferei ambiante a fost variată pe verticală cu aceeași sumă, adică. . pe
1 ° C pentru fiecare 100 m. Cu alte cuvinte, trebuie să existe un gradient de temperatură verticală y = -dTa / dz. egal cu gradientul uscat-adiabatic ya, adică 1 ° C / 100 m. Convecția existentă cu ea rămâne, dar nu crește cu altitudinea.
Dacă gradientul vertical al temperaturii în atmosferă este mai mic de 1 ° C / 100 m (în<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.
Dacă gradientul vertical de temperatură în superadiabatic atmosferă, t. E. Mai mult de 1 ° C / 100 m (y> Ya), apoi mișcarea particulelor verticală în sus sau în jos diferența de temperatură a particulelor și aerul ambiental vor crește prin convecție și accelerare va crește.
Deci, pentru dezvoltarea convecției în aer uscat sau nesaturat, este necesar ca gradientele de temperatură verticale din coloana de aer să fie mai adiabatice uscate. În acest caz, se spune că atmosfera are o stratificare instabilă. Cu gradientele de temperatură pe verticală mai mici decât cele adiabatice uscate, condițiile pentru dezvoltarea convecției sunt nefavorabile. Ei spun că atmosfera are o stratificare stabilă. În final, în cazul intermediar, cu un gradient vertical egal cu gradientul uscat-adiabatic, convecția existentă este conservată, dar nu amplificată. Ei spun că atmosfera are o stratificare indiferentă.
Fig. 32. Exemple schematice de stratificare instabilă (a), stabilă (b) și indiferent (in) in aer uscat.
Diferența inițială de temperatură dintre aerul ascendent și cel ambiental crește în primul caz, în cel de-al doilea caz scade, în al treilea caz nu se schimbă.
Condițiile descrise sunt prezentate în exemplele schematice din Fig. 32.
2. În loc de termeni, o stratificare stabilă, instabilă și indiferentă este de asemenea folosită în termeni de echilibru stabil, instabil și indiferent. Semnificația termenului de echilibru aici este după cum urmează. Să presupunem că nu există diferențe de temperatură în direcția orizontală și, prin urmare, nu există convecție. Acum luăm o particulă de aer la un anumit nivel. Să presupunem că prin aplicarea unei forțe externe am ridicat sau coborât această particulă la un nou nivel, chiar dacă este foarte apropiat de cel inițial. Cum se va comporta daca va ramane singura? La stratificare neutră, t. E. Într-un gradient vertical în coloana atmosferică 1 ° C / 100 m (y = Ya)> această particulă cu privire la orice nou nivel va avea aceeași temperatură ca aerul ambiant la acel nivel. Se va răci sau se va încălzi până la 1 ° C pentru fiecare 100 m de deplasare verticală; dar și în aerul înconjurător, temperatura va fi aceeași valoare mai mică sau mai mare decât la nivelul inițial. În consecință, în noua poziție, diferența de temperatură Ti-Ta rămâne zero și particula rămâne în echilibru la un nou nivel. Acest caz este numit un echilibru indiferent de-a lungul verticalei.
Fig. 33. Curbele de stratificare din diagrama aerologică. 1 - stratificare rezistentă la uscare, 2 rezistente la umezeală, 3 rezistente la umezeală.
Cu o stratificare stabilă, adică cu un gradient vertical mai mic de 1 ° C / 100 m (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.
.. În cele din urmă, în cazul în care stratificare instabilă, adică în gradientul de temperatură pe verticală este mai mare de 1 ° C / 100 m (y> ya), particula va fi deplasată în sus mai cald decât aerul înconjurător și mutat în jos - mai rece. Lăsată la sine, va continua să se îndepărteze de poziția inițială. În acest caz, se vorbește de un echilibru instabil.
În secțiunea 26, capitolul 2, am clarificat deja modul în care temperatura potențială variază în funcție de înălțime, în funcție de gradientul de temperatură verticală. Acum, putem afirma că, în cazul stratificare neutră a temperaturii potențial în coloana de aer nu este schimbat cu înălțimea, în cazul în care stratificarea instabilă scade cu înălțimea în cazul creșterii stabile de stratificare cu înălțime.
3. Este oportună reprezentarea grafică a relațiilor descrise mai sus pe o diagramă aerologică (vezi secțiunea 24, capitolul 2). Schimbarea temperaturii într-o particulă în mișcare verticală de aer uscat este reprezentată în diagrama (Figura 33) de către un adiabat uscat. Distribuția temperaturii în aerul ambiental, obținută din observații, este reprezentată pe diagrama curbei de stratificare. Dacă curba de stratificare din diagramă este mai înclinată față de axa temperaturii decât adiabatele uscate, atunci stratificarea este instabilă. În caz contrar, stratificarea este stabilă. Dacă curba de stratificare coincide cu adiabat uscat, atunci stratificarea este indiferentă.
Cu cât este mai mare aria delimitată de curba de stratificare și curba adiabătică care trece prin punctul inițial al curbei de stratificare, cu atât este mai mare energia instabilității în acest caz și convecția mai dezvoltată.
