Атмосферна стабилност и конвекция

Дали небето остава ясно или избухва в извисяващи се гръмотевични бури, зависи от стабилността – борбата между плаваемостта на издигащ се въздушен обем и съпротивлението на заобикалящия въздух.

Definition

Атмосферната стабилност описва тенденцията на изместен въздушен обем да се върне или да се ускори от първоначалното си ниво, а конвекцията е вертикалното преобръщане, което се случва, когато атмосферата е нестабилна и въздушните обеми станат плаваеми.

Scope

Тази тема обхваща статичната стабилност и теорията на въздушния обем, условията на абсолютна, условна и конвективна нестабилност, наличната енергия за конвекция, измерена чрез конвективна налична потенциална енергия, и произтичащата от това свободна и принудена конвекция.

Core questions

• Как сравняването на адиабатния температурен градиент на въздушен обем с този на околната среда определя стабилността?
• Каква е разликата между абсолютна, условна и конвективна нестабилност?
• Как конвективната налична потенциална енергия количествено измерва потенциала за бури?
• Какво предизвиква и поддържа атмосферната конвекция?

Key theories

Теория на въздушния обем за стабилност

Изместен въздушен обем, който се оказва по-топъл и по-малко плътен от заобикалящата го среда, продължава да се издига, сигнализирайки за нестабилност, докато този, който се оказва по-хладен, потъва обратно – това е основата за сравняване на адиабатните температурни градиенти на въздушния обем и околната среда.

Конвективна налична потенциална енергия

Интегрираната плаваемост, която въздушен обем би придобил при издигане през слоя си с положителна площ, измерва наличната енергия за конвекция и помага да се предвиди силата на гръмотевичните бури.

Mechanisms

Стабилността се оценява чрез издигане на хипотетичен въздушен обем и сравняване на неговата температура, управлявана от сухия или влажния адиабатен температурен градиент, с околната среда. Ако околната среда се охлажда с височина по-бързо от въздушния обем, въздушният обем остава плаваем и настъпва конвекция; ако по-бавно, въздушният обем потъва обратно и въздухът е стабилен. Условна нестабилност възниква, когато слоят е стабилен за сухо, но нестабилен за наситено издигане, така че издигането до насищане може да освободи конвекция, като наличната енергия се количествено измерва чрез конвективна налична потенциална енергия.

Clinical relevance

Оценяването на стабилността и конвективната енергия от сондирания е от основно значение за прогнозирането на гръмотевични бури, тежки метеорологични явления и опасности за авиацията; индексите, получени от концепциите за стабилност, ръководят ежедневното издаване на конвективни прогнози и предупреждения за бури.

History

Теорията на въздушния обем и анализът на условната нестабилност се развиват в средата на ХХ век, наред с изследването на тропическото и конвективното време от Рийл и Симпсън; по-късно, енергийно базирани мерки като конвективната налична потенциална енергия, подчертани в синтеза на Еманюел, стават стандартни инструменти за диагностициране на конвекцията.

Key figures

• Kerry Emanuel
• Joanne Simpson
• Herbert Riehl

Seminal works

• emanuel1994
• wallace2006

Frequently asked questions

Какво прави атмосферата нестабилна?

Атмосферата е нестабилна, когато температурата спада бързо с височина, така че издигащ се въздушен обем остава по-топъл и по-лек от заобикалящата го среда и продължава да се ускорява нагоре, което благоприятства облаците и гръмотевичните бури.

Какво казва CAPE на синоптика?

Конвективната налична потенциална енергия (CAPE) измерва колко плаваема енергия може да придобие издигащ се въздушен обем; по-голямо CAPE показва потенциал за по-силни възходящи потоци и по-интензивни гръмотевични бури, въпреки че са необходими и други фактори.