Trocken- und Feuchtadiabatische Prozesse

Wie ungesättigte und gesättigte Luftpakete ihre Temperatur ändern, wenn sie auf- oder absteigen, ohne Wärme mit ihrer Umgebung auszutauschen.

Definition

Ein adiabatischer Prozess ist eine Zustandsänderung eines Luftpakets ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung; er ist trocken, wenn die Luft ungesättigt ist, und feucht, wenn bei der Kondensation latente Wärme während des Aufstiegs freigesetzt wird.

Scope

Behandelt die trockenadiabatische Temperaturabnahme, die gesättigte oder feuchtadiabatische Temperaturabnahme, die potenzielle Temperatur und die äquivalent-potenzielle Temperatur als Erhaltungsgrößen, die Hebungskondensationsfläche und die Rolle der Freisetzung latenter Wärme bei der Modifizierung der Paketabkühlung.

Core questions

• Warum hat die trockenadiabatische Temperaturabnahme einen festen Wert von etwa 9,8 Grad Celsius pro Kilometer?
• Wie reduziert die Freisetzung latenter Wärme die Abkühlungsrate des gesättigten Aufstiegs?
• Welche thermodynamischen Größen bleiben während der adiabatischen Bewegung erhalten?

Key theories

Adiabatische Temperaturgradienten

Die Anwendung des ersten Hauptsatzes auf ein adiabatisch aufsteigendes Paket ergibt eine konstante trockene Temperaturabnahme, und die Zugabe von latenter Wärme bei Sättigung ergibt eine kleinere, temperaturabhängige feuchte Temperaturabnahme.

Mechanisms

Wenn ein ungesättigtes Paket aufsteigt, dehnt es sich aus und kühlt mit der trockenadiabatischen Rate ab, die durch die Schwerkraft und die spezifische Wärme der Luft bestimmt wird. Die potenzielle Temperatur, die Temperatur, die ein Paket hätte, wenn es adiabatisch auf einen Referenzdruck gebracht würde, bleibt beim trockenen Aufstieg erhalten. Sobald das Paket an der Hebungskondensationsfläche die Sättigung erreicht, setzt die Kondensation latente Wärme frei, die die Abkühlung durch Expansion teilweise ausgleicht, sodass die feuchtadiabatische Rate kleiner ist und mit der Temperatur variiert; die äquivalent-potenzielle Temperatur bleibt bei diesem feuchten Prozess erhalten.

Clinical relevance

Adiabatische Konzepte werden verwendet, um die Wolkenuntergrenzenhöhe abzuschätzen, konvektive Abkühlung und Erwärmung vorherzusagen und Luftmassen auf thermodynamischen Diagrammen zu verfolgen.

History

Die Unterscheidung zwischen trockenen und pseudo-adiabatischen feuchten Prozessen sowie die Erhaltungsgröße der äquivalent-potenziellen Temperatur wurden von von Bezold und Normand um die Jahrhundertwende entwickelt und sind bis heute grundlegend für die konvektive Meteorologie.

Key figures

• Wilhelm von Bezold
• Craig Bohren

Seminal works

• bohren1998
• iribarne1981

Frequently asked questions

Warum ist die feuchtadiabatische Temperaturabnahme kleiner als die trockene Rate?

Wenn gesättigte Luft aufsteigt, kondensiert Wasserdampf und setzt latente Wärme frei, was die Abkühlung durch Expansion teilweise ausgleicht, sodass gesättigte Luft mit der Höhe langsamer abkühlt als trockene Luft.