Atmosfärisk stabilitet och konvektion

Om himlen förblir klar eller om den bryter ut i höga åskväder beror på stabiliteten, dragkampen mellan ett stigande luftpakets flytkraft och motståndet från den omgivande luften.

Definition

Atmosfärisk stabilitet beskriver tendensen hos ett förflyttat luftpaket att återgå till eller accelerera bort från sin ursprungliga nivå, och konvektion är den vertikala omvälvning som sker när atmosfären är instabil och luftpaket blir flytande.

Scope

Detta ämne behandlar statisk stabilitet och paket-teori, förhållandena för absolut, konditionell och konvektiv instabilitet, den energi som finns tillgänglig för konvektion mätt som konvektiv tillgänglig potentiell energi, samt den resulterande fria och påtvingade konvektionen.

Core questions

• Hur bestämmer jämförelsen av ett luftpakets lapse rate med omgivningen stabiliteten?
• Vad är skillnaden mellan absolut, konditionell och konvektiv instabilitet?
• Hur kvantifierar konvektiv tillgänglig potentiell energi potentialen för stormar?
• Vad utlöser och upprätthåller atmosfärisk konvektion?

Key theories

Paket-teori för stabilitet

Ett förflyttat luftpaket som blir varmare och mindre tätt än sin omgivning fortsätter att stiga, vilket signalerar instabilitet, medan ett som blir kallare sjunker tillbaka, vilket är grunden för att jämföra luftpaketets och omgivningens lapse rates.

Konvektiv tillgänglig potentiell energi

Den integrerade flytkraft ett luftpaket skulle få vid uppstigning genom sitt positivt-område-skikt mäter den energi som är tillgänglig för konvektion och hjälper till att förutsäga åskvädrens intensitet.

Mechanisms

Stabilitet bedöms genom att lyfta ett hypotetiskt luftpaket och jämföra dess temperatur, som styrs av den torra eller fuktiga adiabatiska lapse rate, med omgivningen. Om omgivningen kyls med höjden snabbare än luftpaketet, förblir luftpaketet flytande och konvektion uppstår; om långsammare, sjunker luftpaketet tillbaka och luften är stabil. Konditionell instabilitet uppstår när skiktet är stabilt för torr men instabilt för mättad uppstigning, så att lyftning till mättnad kan utlösa konvektion, med den tillgängliga energin kvantifierad av konvektiv tillgänglig potentiell energi.

Clinical relevance

Att bedöma stabilitet och konvektiv energi från radiosonderingar är centralt för att prognostisera åskväder, svåra väderförhållanden och flyghinder; index härledda från stabilitetskoncept vägleder den dagliga utfärdandet av konvektiva utsikter och stormvarningar.

History

Paket-teorin och analysen av konditionell instabilitet mognade under mitten av 1900-talet parallellt med studiet av tropiskt och konvektivt väder av Riehl och Simpson; senare blev energibaserade mått som konvektiv tillgänglig potentiell energi, betonade i Emanuels syntes, standardverktyg för att diagnostisera konvektion.

Key figures

• Kerry Emanuel
• Joanne Simpson
• Herbert Riehl

Seminal works

• emanuel1994
• wallace2006

Frequently asked questions

Vad gör atmosfären instabil?

Atmosfären är instabil när temperaturen sjunker snabbt med höjden, så att ett stigande luftpaket förblir varmare och lättare än sin omgivning och fortsätter att accelerera uppåt, vilket gynnar moln och åskväder.

Vad berättar CAPE för en prognostiker?

Konvektiv tillgänglig potentiell energi, eller CAPE, mäter hur mycket flytande energi ett stigande luftpaket kan få; större CAPE indikerar potential för starkare uppvindar och mer intensiva åskväder, även om andra ingredienser också behövs.