건조 단열 과정 및 습윤 단열 과정

주변 환경과 열을 교환하지 않으면서 불포화 및 포화 공기 덩어리가 상승하거나 하강할 때 온도가 어떻게 변하는지 설명합니다.

Definition

단열 과정은 공기 덩어리가 환경과 열을 교환하지 않고 상태가 변하는 것을 의미합니다. 공기가 불포화 상태일 때는 건조 단열 과정이며, 상승 중에 응결이 잠열을 방출할 때는 습윤 단열 과정입니다.

Scope

건조 단열 감률, 포화 또는 습윤 단열 감률, 보존량으로서의 온위 및 상당 온위, 응결 고도, 그리고 공기 덩어리 냉각을 조절하는 잠열 방출의 역할에 대해 다룹니다.

Core questions

• 건조 단열 감률이 약 킬로미터당 9.8도(섭씨)의 고정된 값을 가지는 이유는 무엇입니까?
• 잠열 방출이 포화 상승의 냉각 속도를 어떻게 감소시킵니까?
• 단열 운동 중에 보존되는 열역학적 양은 무엇입니까?

Key theories

단열 감률

단열적으로 상승하는 공기 덩어리에 열역학 제1법칙을 적용하면 일정한 건조 감률이 도출되며, 포화 시 잠열 방출을 추가하면 더 작고 온도에 의존적인 습윤 감률이 도출됩니다.

Mechanisms

불포화 공기 덩어리가 상승하면 팽창하고 중력과 공기의 비열에 의해 결정되는 건조 단열 속도로 냉각됩니다. 공기 덩어리가 기준 압력으로 단열적으로 이동했을 때 가질 온도를 나타내는 온위는 건조 상승 시 보존됩니다. 공기 덩어리가 응결 고도에서 포화 상태에 도달하면, 응결은 팽창 냉각을 부분적으로 상쇄하는 잠열을 방출하므로 습윤 단열 속도는 더 작고 온도에 따라 달라집니다. 상당 온위는 이 습윤 과정을 통해 보존됩니다.

Clinical relevance

단열 개념은 구름 밑면 높이를 추정하고, 대류 냉각 및 가열을 예측하며, 열역학 다이어그램에서 기단을 추적하는 데 사용됩니다.

History

건조 단열 과정과 유사 단열 습윤 과정의 구분 및 보존량인 상당 온위는 20세기 전환기에 폰 베졸트(von Bezold)와 노르망(Normand)에 의해 개발되었으며, 대류 기상학의 기초로 남아 있습니다.

Key figures

• Wilhelm von Bezold
• Craig Bohren

Seminal works

• bohren1998
• iribarne1981

Frequently asked questions

습윤 단열 감률이 건조 단열 감률보다 작은 이유는 무엇입니까?

포화된 공기가 상승하면 수증기가 응결되어 잠열을 방출하며, 이는 팽창으로 인한 냉각을 부분적으로 상쇄하므로, 포화된 공기는 건조한 공기보다 고도에 따라 더 느리게 냉각됩니다.