大気の安定度と対流

大気の鉛直温度構造が、空気が自由に上昇するかどうか、および結果として生じる対流運動をどのように決定するか。

Definition

大気の安定度とは、大気が空気の鉛直変位を抑制または増幅する傾向のことであり、対流とは、大気が不安定なときに生じる浮力駆動の鉛直運動である。

Scope

空気塊と環境の減率を比較する静的安定基準、絶対不安定と条件付不安定、自由対流高度と平衡高度、対流有効位置エネルギーと対流抑制、および浮力対流の熱的、雲、嵐への組織化について扱う。

Core questions

• 大気はいつ鉛直運動に抵抗し、いつそれを増幅するのか？
• 条件付不安定とは何か、そしてなぜそれが湿潤対流の中心となるのか？
• 観測データから対流に利用可能なエネルギーはどのように定量化されるのか？

Key theories

空気塊の安定基準

変位した空気塊の減率と環境減率を比較することで、大気は安定、中立、または不安定に分類され、湿潤な場合は条件付不安定となる。

対流エネルギー論

対流有効位置エネルギーは、空気塊が上昇中に獲得できる統合された浮力を測定し、対流の潜在的な強度を支配する。

Mechanisms

上方に変位した空気塊は、周囲よりも暖かく、したがって密度が低いままであれば浮力を持つ。環境減率が乾燥断熱減率と湿潤断熱減率の間に位置する場合、大気は条件付不安定である。すなわち、不飽和の空気塊に対しては安定であるが、飽和が始まると不安定になる。対流有効位置エネルギーは、自由対流高度を超えて空気塊が獲得できる浮力を定量化し、対流抑制は、まず克服しなければならないエネルギー障壁を測定する。

Clinical relevance

安定度指数と対流エネルギー指標は、雷雨、悪天候、および境界層における汚染物質の鉛直混合を予測するための主要なツールである。

History

空気塊法と安定度分類は、20世紀初頭にノルマンらによって確立された。対流有効位置エネルギーを含む湿潤対流エネルギー論の現代的な扱いは、エマニュエルの1994年のモノグラフで体系化された。

Key figures

• Kerry Emanuel
• Charles Normand

Seminal works

• emanuel1994

Frequently asked questions

条件付不安定とは何ですか？

条件付不安定とは、大気が不飽和の空気に対しては安定であるが、上昇する空気塊が飽和に達し、潜熱放出によって浮力を持つようになると不安定になる状態である。