เสถียรภาพของบรรยากาศและการพาความร้อน

โครงสร้างอุณหภูมิในแนวตั้งของบรรยากาศเป็นตัวกำหนดว่าอากาศจะลอยขึ้นอย่างอิสระหรือไม่ และการเคลื่อนที่แบบพาความร้อนที่เกิดขึ้น

Definition

เสถียรภาพของบรรยากาศคือแนวโน้มของบรรยากาศที่จะยับยั้งหรือขยายการเคลื่อนที่ในแนวตั้งของอากาศ; การพาความร้อนคือการเคลื่อนที่ในแนวตั้งที่ขับเคลื่อนด้วยแรงลอยตัวซึ่งเกิดขึ้นเมื่อบรรยากาศไม่เสถียร

Scope

ครอบคลุมเกณฑ์เสถียรภาพสถิตที่เปรียบเทียบอัตราการลดลงของอุณหภูมิของมวลอากาศและสิ่งแวดล้อม ความไม่เสถียรสัมบูรณ์และแบบมีเงื่อนไข ระดับการพาความร้อนอิสระและระดับสมดุล พลังงานศักย์ที่พร้อมสำหรับการพาความร้อนและการยับยั้งการพาความร้อน และการจัดระเบียบของการพาความร้อนแบบลอยตัวเป็นเทอร์มอล (thermals) เมฆ และพายุ

Core questions

• เมื่อใดที่บรรยากาศต้านทาน และเมื่อใดที่บรรยากาศขยายการเคลื่อนที่ในแนวตั้ง?
• ความไม่เสถียรแบบมีเงื่อนไขคืออะไร และเหตุใดจึงมีความสำคัญต่อการพาความร้อนแบบชื้น?
• พลังงานที่มีอยู่สำหรับการพาความร้อนถูกวัดปริมาณได้อย่างไรจากการหยั่งอากาศ (sounding)?

Key theories

เกณฑ์เสถียรภาพของมวลอากาศ

การเปรียบเทียบอัตราการลดลงของอุณหภูมิของมวลอากาศที่เคลื่อนที่กับอัตราการลดลงของอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อมจะจำแนกบรรยากาศว่าเป็นเสถียร เป็นกลาง หรือไม่เสถียร โดยกรณีที่มีความชื้นจะนำไปสู่ความไม่เสถียรแบบมีเงื่อนไข

พลังงานการพาความร้อน

พลังงานศักย์ที่พร้อมสำหรับการพาความร้อนจะวัดแรงลอยตัวรวมที่มวลอากาศสามารถได้รับเมื่อลอยขึ้น ซึ่งควบคุมความรุนแรงที่เป็นไปได้ของการพาความร้อน

Mechanisms

มวลอากาศที่เคลื่อนที่ขึ้นไปจะลอยตัวได้หากยังคงอุ่นกว่า และมีความหนาแน่นน้อยกว่าสภาพแวดล้อม เมื่ออัตราการลดลงของอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อมอยู่ระหว่างอัตราอะเดียแบติกแบบแห้งและแบบชื้น บรรยากาศจะมีความไม่เสถียรแบบมีเงื่อนไข: เสถียรสำหรับมวลอากาศที่ไม่อิ่มตัว แต่ไม่เสถียรเมื่อเริ่มอิ่มตัว พลังงานศักย์ที่พร้อมสำหรับการพาความร้อนจะวัดแรงลอยตัวที่มวลอากาศสะสมเหนือระดับการพาความร้อนอิสระ ในขณะที่การยับยั้งการพาความร้อนจะวัดอุปสรรคทางพลังงานที่ต้องเอาชนะก่อน

Clinical relevance

ดัชนีเสถียรภาพและเมตริกพลังงานการพาความร้อนเป็นเครื่องมือหลักสำหรับการพยากรณ์พายุฝนฟ้าคะนอง สภาพอากาศรุนแรง และการผสมในแนวตั้งของมลพิษในชั้นบรรยากาศใกล้พื้นผิว (boundary layer)

History

วิธีการของมวลอากาศและการจำแนกเสถียรภาพได้รับการจัดตั้งขึ้นในช่วงต้นศตวรรษที่ยี่สิบโดย Normand และคณะ; การศึกษาพลังงานการพาความร้อนแบบชื้นที่ทันสมัย รวมถึงพลังงานศักย์ที่พร้อมสำหรับการพาความร้อน ได้รับการจัดระบบในเอกสารวิชาการของ Emanuel ในปี 1994

Key figures

• Kerry Emanuel
• Charles Normand

Seminal works

• emanuel1994

Frequently asked questions

ความไม่เสถียรแบบมีเงื่อนไขคืออะไร?

ความไม่เสถียรแบบมีเงื่อนไขคือสภาวะที่บรรยากาศเสถียรสำหรับอากาศที่ไม่อิ่มตัว แต่จะกลายเป็นไม่เสถียรเมื่อมวลอากาศที่ลอยขึ้นไปถึงจุดอิ่มตัวและการปลดปล่อยความร้อนแฝงทำให้เกิดแรงลอยตัว