Termodinamika dan Kelembaban Atmosfer
Panas dan air adalah bahan bakar cuaca: saat udara naik dan mendingin, uap air mengembun dan melepaskan energi, menggerakkan awan, badai, dan hujan yang dapat kita pahami dan kuantifikasi melalui termodinamika.
Definition
Termodinamika dan kelembaban atmosfer adalah cabang meteorologi yang berkaitan dengan energi dan kandungan air di udara, proses ekspansi, pendinginan, kondensasi, dan penguapan yang mengaturnya, serta konsekuensinya terhadap stabilitas, awan, dan presipitasi.
Scope
Area ini mencakup termodinamika udara kering dan lembab, penilaian stabilitas atmosfer dan konveksi yang diizinkannya, pengukuran dan perilaku kelembaban atmosfer, serta proses mikrofisika pembentukan awan dan presipitasi.
Sub-topics
Core questions
- Bagaimana hukum termodinamika berlaku untuk udara yang naik dan turun?
- Apa yang menentukan apakah atmosfer stabil atau rentan terhadap konveksi?
- Bagaimana kandungan uap air di udara diukur dan dinyatakan?
- Bagaimana tetesan awan dan partikel presipitasi terbentuk dan tumbuh?
Key theories
- Proses adiabatik dan laju penurunan suhu
- Udara yang naik mengembang dan mendingin pada laju adiabatik kering hingga jenuh, setelah itu pelepasan panas laten memperlambat pendinginan ke laju adiabatik lembab, dasar untuk menilai stabilitas dan perkembangan awan.
- Mikrofisika awan
- Tetesan awan terbentuk pada inti aerosol dan tumbuh melalui kondensasi dan tumbukan, dan melalui proses hujan hangat atau es menjadi cukup besar untuk jatuh sebagai presipitasi.
Mechanisms
Ketika sebuah parsel udara naik, ia mengembang dan mendingin tanpa bertukar panas dengan lingkungannya, sebuah proses adiabatik; setelah mendingin hingga jenuh, uap air mengembun dan melepaskan panas laten. Apakah parsel tersebut terus naik bergantung pada bagaimana suhunya dibandingkan dengan lingkungan, yang mendefinisikan stabilitas dan konveksi. Air yang terkondensasi membentuk awan, dan pertumbuhan mikrofisika melalui kondensasi, tumbukan, dan proses es dapat menghasilkan partikel yang cukup berat untuk jatuh sebagai presipitasi.
Clinical relevance
Prinsip-prinsip termodinamika dan kelembaban mendasari prakiraan awan dan presipitasi, potensi badai petir melalui ukuran seperti energi potensial tersedia konvektif, kabut dan embun beku, serta indeks kenyamanan, menjadikannya sangat diperlukan untuk meteorologi operasional dan penerbangan.
History
Termodinamika abad kesembilan belas diterapkan pada atmosfer melalui karya tentang proses adiabatik dan pengembangan tephigram serta diagram termodinamika lainnya; pada abad kedua puluh, Bergeron, Findeisen, dan lainnya menetapkan mikrofisika pembentukan awan dan presipitasi yang melengkapi bidang ini.
Key figures
- Tor Bergeron
- Walter Findeisen
- Hilding Kohler
Related topics
Seminal works
- wallace2006
- rogers1989
Frequently asked questions
- Mengapa udara yang naik mendingin?
- Saat udara naik ke tekanan yang lebih rendah, ia mengembang, dan karena ekspansi melakukan kerja dengan mengorbankan energi internal udara, udara mendingin meskipun tidak ada panas yang dihilangkan, sebuah proses yang disebut pendinginan adiabatik.
- Mengapa awan terbentuk saat udara naik?
- Udara yang naik mendingin hingga mencapai kejenuhan, titik di mana ia tidak dapat menahan uap air lagi; uap berlebih kemudian mengembun pada partikel-partikel kecil untuk membentuk tetesan atau kristal es yang membentuk awan.