Ατμοσφαιρική ευστάθεια και μεταφορά

Το αν ο ουρανός παραμένει καθαρός ή εκδηλώνονται ογκώδεις καταιγίδες εξαρτάται από την ευστάθεια, την πάλη μεταξύ της άνωσης ενός ανερχόμενου αέριου όγκου και της αντίστασης του περιβάλλοντος αέρα.

Definition

Η ατμοσφαιρική ευστάθεια περιγράφει την τάση ενός μετατοπισμένου αέριου όγκου να επιστρέψει ή να επιταχυνθεί μακριά από το αρχικό του επίπεδο, και η μεταφορά είναι η κάθετη ανατροπή που συμβαίνει όταν η ατμόσφαιρα είναι ασταθής και οι αέριοι όγκοι γίνονται άνωση.

Scope

Αυτό το θέμα καλύπτει τη στατική ευστάθεια και τη θεωρία του αέριου όγκου, τις συνθήκες απόλυτης, υπό συνθήκη και μεταφορικής αστάθειας, την ενέργεια που είναι διαθέσιμη για μεταφορά όπως μετράται από τη διαθέσιμη δυναμική ενέργεια μεταφοράς, και την προκύπτουσα ελεύθερη και εξαναγκασμένη μεταφορά.

Core questions

• Πώς καθορίζει την ευστάθεια η σύγκριση του ρυθμού μεταβολής της θερμοκρασίας ενός αέριου όγκου με το περιβάλλον;
• Ποια είναι η διαφορά μεταξύ απόλυτης, υπό συνθήκη και μεταφορικής αστάθειας;
• Πώς ποσοτικοποιεί η διαθέσιμη δυναμική ενέργεια μεταφοράς το δυναμικό για καταιγίδες;
• Τι πυροδοτεί και συντηρεί την ατμοσφαιρική μεταφορά;

Key theories

Θεωρία του αέριου όγκου για την ευστάθεια

Ένας μετατοπισμένος αέριος όγκος που καταλήγει θερμότερος και λιγότερο πυκνός από το περιβάλλον του συνεχίζει να ανεβαίνει, σηματοδοτώντας αστάθεια, ενώ ένας που καταλήγει ψυχρότερος βυθίζεται πίσω, η βάση για τη σύγκριση των ρυθμών μεταβολής της θερμοκρασίας του αέριου όγκου και του περιβάλλοντος.

Διαθέσιμη δυναμική ενέργεια μεταφοράς

Η ολοκληρωμένη άνωση που θα αποκτούσε ένας αέριος όγκος κατά την άνοδο μέσω του στρώματος θετικής περιοχής του μετρά την ενέργεια που είναι διαθέσιμη για μεταφορά και βοηθά στην πρόβλεψη της σφοδρότητας των καταιγίδων.

Mechanisms

Η ευστάθεια κρίνεται ανυψώνοντας έναν υποθετικό αέριο όγκο και συγκρίνοντας τη θερμοκρασία του, η οποία διέπεται από τον ξηρό ή υγρό αδιαβατικό ρυθμό μεταβολής της θερμοκρασίας, με το περιβάλλον. Εάν το περιβάλλον ψύχεται με το ύψος ταχύτερα από τον αέριο όγκο, ο αέριος όγκος παραμένει άνωση και ακολουθεί μεταφορά. Εάν ψύχεται πιο αργά, ο αέριος όγκος βυθίζεται πίσω και ο αέρας είναι σταθερός. Η υπό συνθήκη αστάθεια προκύπτει όταν το στρώμα είναι σταθερό για ξηρή αλλά ασταθές για κορεσμένη άνοδο, έτσι ώστε η ανύψωση σε κορεσμό να μπορεί να απελευθερώσει μεταφορά, με την διαθέσιμη ενέργεια να ποσοτικοποιείται από τη διαθέσιμη δυναμική ενέργεια μεταφοράς.

Clinical relevance

Η αξιολόγηση της ευστάθειας και της μεταφορικής ενέργειας από τις αναλύσεις είναι κεντρικής σημασίας για την πρόγνωση καταιγίδων, ακραίων καιρικών φαινομένων και κινδύνων για την αεροπορία. Οι δείκτες που προέρχονται από τις έννοιες της ευστάθειας καθοδηγούν την καθημερινή έκδοση προβλέψεων μεταφορικών φαινομένων και προειδοποιήσεων καταιγίδων.

History

Η θεωρία του αέριου όγκου και η ανάλυση της υπό συνθήκη αστάθειας ωρίμασαν στα μέσα του εικοστού αιώνα παράλληλα με τη μελέτη του τροπικού και μεταφορικού καιρού από τους Riehl και Simpson. Αργότερα, μέτρα βασισμένα στην ενέργεια, όπως η διαθέσιμη δυναμική ενέργεια μεταφοράς, που τονίστηκαν στη σύνθεση του Emanuel, έγιναν τυποποιημένα εργαλεία για τη διάγνωση της μεταφοράς.

Key figures

• Kerry Emanuel
• Joanne Simpson
• Herbert Riehl

Seminal works

• emanuel1994
• wallace2006

Frequently asked questions

Τι καθιστά την ατμόσφαιρα ασταθή;

Η ατμόσφαιρα είναι ασταθής όταν η θερμοκρασία μειώνεται γρήγορα με το ύψος, έτσι ώστε ένας ανερχόμενος αέριος όγκος να παραμένει θερμότερος και ελαφρύτερος από το περιβάλλον του και να συνεχίζει να επιταχύνεται προς τα πάνω, γεγονός που ευνοεί τα σύννεφα και τις καταιγίδες.

Τι λέει το CAPE σε έναν προγνώστη;

Η διαθέσιμη δυναμική ενέργεια μεταφοράς, ή CAPE, μετρά πόση ενέργεια άνωσης θα μπορούσε να αποκτήσει ένας ανερχόμενος αέριος όγκος. Μεγαλύτερο CAPE υποδηλώνει το δυναμικό για ισχυρότερα ανοδικά ρεύματα και πιο σφοδρές καταιγίδες, αν και απαιτούνται και άλλα συστατικά.