Сухие и влажные адиабатические процессы

Как ненасыщенные и насыщенные воздушные массы изменяют температуру при подъеме или опускании без обмена теплом с окружающей средой.

Definition

Адиабатический процесс — это изменение состояния воздушной массы без теплообмена с окружающей средой; он является сухим, когда воздух ненасыщен, и влажным, когда при подъеме происходит конденсация с выделением скрытой теплоты.

Scope

Охватывает сухой адиабатический градиент, насыщенный или влажный адиабатический градиент, потенциальную температуру и эквивалентную потенциальную температуру как сохраняющиеся величины, уровень конденсации при подъеме и роль выделения скрытой теплоты в изменении охлаждения воздушной массы.

Core questions

• Почему сухой адиабатический градиент имеет фиксированное значение около 9,8 градусов Цельсия на километр?
• Как выделение скрытой теплоты уменьшает скорость охлаждения при насыщенном подъеме?
• Какие термодинамические величины сохраняются при адиабатическом движении?

Key theories

Адиабатические градиенты

Применение первого закона термодинамики к адиабатически поднимающейся воздушной массе дает постоянный сухой градиент, а добавление выделения скрытой теплоты при насыщении дает меньший, зависящий от температуры влажный градиент.

Mechanisms

По мере подъема ненасыщенная воздушная масса расширяется и охлаждается с сухим адиабатическим градиентом, определяемым гравитацией и удельной теплоемкостью воздуха. Потенциальная температура, то есть температура, которую имела бы воздушная масса, если бы ее адиабатически привели к эталонному давлению, сохраняется при сухом подъеме. Как только воздушная масса достигает насыщения на уровне конденсации при подъеме, конденсация выделяет скрытую теплоту, которая частично компенсирует охлаждение при расширении, поэтому влажный адиабатический градиент меньше и варьируется в зависимости от температуры; эквивалентная потенциальная температура сохраняется на протяжении этого влажного процесса.

Clinical relevance

Адиабатические концепции используются для оценки высоты основания облаков, прогнозирования конвективного охлаждения и потепления, а также для отслеживания воздушных масс на термодинамических диаграммах.

History

Различие между сухими и псевдоадиабатическими влажными процессами, а также сохраняющаяся величина эквивалентной потенциальной температуры были разработаны фон Бецольдом и Нормандом на рубеже XX века и остаются основополагающими для конвективной метеорологии.

Key figures

• Wilhelm von Bezold
• Craig Bohren

Seminal works

• bohren1998
• iribarne1981

Frequently asked questions

Почему влажный адиабатический градиент меньше сухого?

Когда насыщенный воздух поднимается, водяной пар конденсируется и выделяет скрытую теплоту, частично компенсируя охлаждение от расширения, поэтому насыщенный воздух охлаждается с высотой медленнее, чем сухой воздух.