湿潤断熱過程と乾燥断熱過程

不飽和および飽和空気塊が、周囲と熱を交換することなく上昇または下降する際に、どのように温度を変化させるか。

Definition

断熱過程とは、空気塊の状態が環境との熱交換なしに変化することであり、空気が不飽和であれば乾燥断熱、上昇中に凝結が潜熱を放出する場合は湿潤断熱となる。

Scope

乾燥断熱減率、飽和または湿潤断熱減率、保存量としての温位と相当温位、持ち上げ凝結高度、および空気塊の冷却を変化させる潜熱放出の役割について扱う。

Core questions

• 乾燥断熱減率が約9.8℃/kmという固定値を持つのはなぜか？
• 潜熱放出は、飽和上昇時の冷却速度をどのように減少させるのか？
• 断熱運動中に保存される熱力学的量は何か？

Key theories

断熱減率

断熱的に上昇する空気塊に第一法則を適用すると一定の乾燥断熱減率が得られ、飽和時の潜熱放出を加えると、より小さく温度に依存する湿潤断熱減率が得られる。

Mechanisms

不飽和な空気塊が上昇すると、膨張し、重力と空気の比熱によって決まる乾燥断熱減率で冷却される。温位（空気塊が断熱的に基準圧力まで移動した場合に持つであろう温度）は、乾燥断熱上昇において保存される。空気塊が持ち上げ凝結高度で飽和に達すると、凝結によって潜熱が放出され、膨張冷却を部分的に相殺するため、湿潤断熱減率は小さくなり、温度によって変化する。相当温位はこの湿潤過程を通じて保存される。

Clinical relevance

断熱の概念は、雲底高度の推定、対流による冷却と温暖化の予測、および熱力学図上での気団の追跡に用いられる。

History

乾燥断熱過程と擬似断熱湿潤過程の区別、および保存量である相当温位は、20世紀初頭にフォン・ベゾルトとノルマンによって発展され、対流気象学の基礎として今日まで残っている。

Key figures

• Wilhelm von Bezold
• Craig Bohren

Seminal works

• bohren1998
• iribarne1981

Frequently asked questions

湿潤断熱減率が乾燥断熱減率よりも小さいのはなぜか？

飽和した空気が上昇すると、水蒸気が凝結して潜熱を放出し、膨張による冷却を部分的に相殺するため、飽和空気は乾燥空気よりも高度とともにゆっくりと冷却される。