Processus adiabatiques secs et humides

Comment les parcelles d'air insaturées et saturées modifient leur température lorsqu'elles montent ou descendent sans échanger de chaleur avec leur environnement.

Definition

Un processus adiabatique est un changement d'état d'une parcelle d'air sans échange de chaleur avec l'environnement ; il est sec lorsque l'air est insaturé et humide lorsque la condensation libère de la chaleur latente pendant l'ascension.

Scope

Aborde le gradient adiabatique sec, le gradient adiabatique saturé ou humide, la température potentielle et la température potentielle équivalente en tant que quantités conservées, le niveau de condensation par soulèvement, et le rôle de la libération de chaleur latente dans la modification du refroidissement des parcelles.

Core questions

• Pourquoi le gradient adiabatique sec a-t-il une valeur fixe d'environ 9,8 degrés Celsius par kilomètre ?
• Comment la libération de chaleur latente réduit-elle le taux de refroidissement de l'ascension saturée ?
• Quelles quantités thermodynamiques sont conservées lors d'un mouvement adiabatique ?

Key theories

Gradients adiabatiques

L'application de la première loi à une parcelle s'élevant adiabatiquement donne un gradient adiabatique sec constant, et l'ajout de la libération de chaleur latente lors de la saturation donne un gradient adiabatique humide plus faible et dépendant de la température.

Mechanisms

Lorsqu'une parcelle insaturée s'élève, elle se dilate et se refroidit au gradient adiabatique sec, déterminé par la gravité et la chaleur spécifique de l'air. La température potentielle, la température qu'une parcelle aurait si elle était amenée adiabatiquement à une pression de référence, est conservée lors d'une ascension sèche. Une fois que la parcelle atteint la saturation au niveau de condensation par soulèvement, la condensation libère de la chaleur latente qui compense partiellement le refroidissement par expansion, de sorte que le gradient adiabatique humide est plus faible et varie avec la température ; la température potentielle équivalente est conservée tout au long de ce processus humide.

Clinical relevance

Les concepts adiabatiques sont utilisés pour estimer la hauteur de la base des nuages, prédire le refroidissement et le réchauffement convectifs, et tracer les masses d'air sur les diagrammes thermodynamiques.

History

La distinction entre les processus adiabatiques secs et pseudo-adiabatiques humides, ainsi que la quantité conservée de température potentielle équivalente, ont été développées par von Bezold et Normand au tournant du XXe siècle et restent fondamentales pour la météorologie convective.

Key figures

• Wilhelm von Bezold
• Craig Bohren

Seminal works

• bohren1998
• iribarne1981

Frequently asked questions

Pourquoi le gradient adiabatique humide est-il plus faible que le gradient sec ?

Lorsque l'air saturé s'élève, la vapeur d'eau se condense et libère de la chaleur latente, compensant partiellement le refroidissement dû à l'expansion, de sorte que l'air saturé se refroidit plus lentement avec l'altitude que l'air sec.