Atmosfærisk stabilitet og konveksjon

Om himmelen forblir klar eller bryter ut i ruvende tordenvær, avhenger av stabilitet, dragkampen mellom en stigende luftpakkes oppdrift og motstanden fra den omkringliggende luften.

Definition

Atmosfærisk stabilitet beskriver tendensen en fortrengt luftpakke har til å vende tilbake til eller akselerere bort fra sitt opprinnelige nivå, og konveksjon er den vertikale omveltningen som oppstår når atmosfæren er ustabil og luftpakker blir oppdriftsnøytrale.

Scope

Dette emnet dekker statisk stabilitet og pakketeori, forholdene for absolutt, betinget og konvektiv ustabilitet, energien tilgjengelig for konveksjon målt som konvektiv tilgjengelig potensiell energi, og den resulterende frie og tvungne konveksjonen.

Core questions

• Hvordan bestemmer sammenligning av en luftpakkes lapse rate med omgivelsene stabilitet?
• Hva er forskjellen mellom absolutt, betinget og konvektiv ustabilitet?
• Hvordan kvantifiserer konvektiv tilgjengelig potensiell energi potensialet for stormer?
• Hva utløser og opprettholder atmosfærisk konveksjon?

Key theories

Pakketeori for stabilitet

En fortrengt luftpakke som ender opp varmere og mindre tett enn omgivelsene, fortsetter å stige, noe som signaliserer ustabilitet, mens en som ender opp kjøligere, synker tilbake, grunnlaget for å sammenligne luftpakke- og miljø-lapse rater.

Konvektiv tilgjengelig potensiell energi

Den integrerte oppdriften en luftpakke ville oppnå ved oppstigning gjennom sitt positivt-område-lag, måler energien tilgjengelig for konveksjon og bidrar til å forutsi styrken av tordenvær.

Mechanisms

Stabilitet vurderes ved å løfte en hypotetisk luftpakke og sammenligne dens temperatur, styrt av den tørre eller fuktige adiabatiske lapse raten, med omgivelsene. Hvis omgivelsene avkjøles raskere med høyden enn luftpakken, forblir luftpakken oppdriftsnøytral og konveksjon oppstår; hvis langsommere, synker luftpakken tilbake og luften er stabil. Betinget ustabilitet oppstår når laget er stabilt for tørr, men ustabilt for mettet oppstigning, slik at løfting til metning kan utløse konveksjon, med den tilgjengelige energien kvantifisert av konvektiv tilgjengelig potensiell energi.

Clinical relevance

Vurdering av stabilitet og konvektiv energi fra radiosonderinger er sentralt for å varsle tordenvær, ekstremvær og luftfartsfarer; indekser avledet fra stabilitetskonsepter veileder den daglige utstedelsen av konvektive utsikter og stormvarsler.

History

Pakketeori og analysen av betinget ustabilitet modnet gjennom midten av det tjuende århundre sammen med studiet av tropisk og konvektivt vær av Riehl og Simpson; senere ble energibaserte mål som konvektiv tilgjengelig potensiell energi, vektlagt i Emanuels syntese, standardverktøy for å diagnostisere konveksjon.

Key figures

• Kerry Emanuel
• Joanne Simpson
• Herbert Riehl

Seminal works

• emanuel1994
• wallace2006

Frequently asked questions

Hva gjør atmosfæren ustabil?

Atmosfæren er ustabil når temperaturen faller raskt med høyden, slik at en stigende luftpakke forblir varmere og lettere enn omgivelsene og fortsetter å akselerere oppover, noe som fremmer skyer og tordenvær.

Hva forteller CAPE en meteorolog?

Konvektiv tilgjengelig potensiell energi, eller CAPE, måler hvor mye oppdriftsenergi en stigende luftpakke kan oppnå; større CAPE indikerer potensial for sterkere oppdriftsstrømmer og kraftigere tordenvær, selv om andre ingredienser også er nødvendige.