Atmosfer Termodinamiği
Bir hava kabarcığını termodinamik bir sistem olarak ele almak, dağların neden soğuk olduğunu, bir dağ sırasından alçalan havanın neden ısındığını ve gizli ısı salınımının yükselen bir hava parselini nasıl devasa bir fırtınaya dönüştürebildiğini açıklamaktadır.
Tanım
Atmosfer termodinamiği, hava parsellerinin enerji dönüşümlerini, özellikle sıcaklıklarını belirleyen adyabatik genleşme ve sıkışmayı, ayrıca suyun faz değişimlerine eşlik eden gizli ısı alışverişlerini inceleyen bir çalışma alanıdır.
Kapsam
Bu konu, termodinamiğin birinci yasasının atmosferik hava parsellerine uygulanmasını, kuru ve nemli adyabatik sıcaklık düşüş oranlarını, potansiyel ve eşdeğer potansiyel sıcaklık gibi korunan değişkenleri ve sondajları analiz etmek için kullanılan termodinamik diyagramları kapsamaktadır.
Temel sorular
- Termodinamiğin birinci yasası, yükselen veya alçalan bir hava parselini nasıl tanımlamaktadır?
- Kuru ve nemli adyabatik sıcaklık düşüş oranları nelerdir ve neden farklılık göstermektedirler?
- Potansiyel ve eşdeğer potansiyel sıcaklık neden faydalı korunan niceliklerdir?
- Termodinamik diyagramlar, atmosferin durumunu ve süreçlerini nasıl temsil etmektedir?
Temel kuramlar
- Adyabatik sıcaklık düşüş oranları
- Doymamış bir parsel yükseliş sırasında sabit kuru adyabatik oranda soğurken, doymuş bir parsel yoğuşma nedeniyle parsele gizli ısı salınımı yaptığı için nemli adyabatik oranda daha yavaş soğumaktadır.
- Korunan termodinamik değişkenler
- Potansiyel sıcaklık kuru adyabatik harekette, eşdeğer potansiyel sıcaklık ise nemli adyabatik harekette korunmaktadır; bu nedenle bu nicelikler hava parsellerini etiketlemekte ve onların kökenlerini ve kararlılıklarını ortaya koymaktadır.
Mekanizmalar
Hava zayıf bir iletken olduğundan ve parseller hızla hareket ettiğinden, dikey hareket adyabatik olarak iyi bir şekilde yaklaşıklaştırılmaktadır: yükselen bir parsel genleşir ve soğur, alçalan bir parsel sıkışır ve ısınır. Birinci yasa, doygunluğa ulaşana kadar soğuma oranını, yani kuru adyabatik sıcaklık düşüş oranını belirler; doygunluktan sonra ise yoğuşmadan kaynaklanan gizli ısı, bu oranı nemli adyabatik orana düşürmektedir. Basıncın etkisini ortadan kaldıran potansiyel sıcaklık, kuru harekette korunurken, eşdeğer potansiyel sıcaklık nemli harekette korunur; bu da tephigram veya skew-T gibi termodinamik diyagramlardan doğrudan okunabilen izleyiciler sağlamaktadır.
Klinik önem
Atmosfer termodinamiği, kararlılığı değerlendirmek ve konveksiyonu tahmin etmek için sondajların yorumlanmasının, dağların yamaç aşağısındaki fön ve chinook ısınmasının öngörülmesinin ve operasyonel tahminlerde günlük olarak kullanılan bulut tabanları ile konvektif enerjinin hesaplanmasının temelini oluşturmaktadır.
Tarihçe
Klasik termodinamiğin atmosfere uygulanması, on dokuzuncu yüzyılın sonları ve yirminci yüzyılın başlarında, Helmholtz ve diğerlerinin çalışmalarından yararlanılarak gelişmiştir. Bu süreç, potansiyel sıcaklığın tanıtılmasını ve Napier Shaw tarafından tephigram ile daha sonra skew-T log-p diyagramı gibi termodinamik diyagramların tasarlanmasını içermiş olup, bu diyagramlar atmosferin dikey yapısını analiz etmek için standart araçlar olarak kalmaya devam etmektedir.
Öne çıkan isimler
- William Napier Shaw
- Hermann von Helmholtz
- Vilhelm Bjerknes
İlgili konular
Temel eserler
- bohren1998
- iribarne1981
Sıkça sorulan sorular
- Hava neden kuru olduğunda bulut oluşturduğundan daha hızlı soğumaktadır?
- Kuru hava yükselirken kuru adyabatik sıcaklık düşüş oranında soğur, ancak bir parsel doygunluğa ulaşıp bulutlar oluştuğunda, yoğuşma soğumayı kısmen dengeleyen gizli ısıyı serbest bırakır; bu nedenle parsel nemli adyabatik oranda daha yavaş soğumaktadır.
- Potansiyel sıcaklık nedir?
- Potansiyel sıcaklık, bir hava parselinin adyabatik olarak standart bir basınca getirildiğinde sahip olacağı sıcaklıktır; kuru dikey hareket sırasında sabit kaldığı için, hava parsellerini tanımlayan ve izleyen uygun bir etiket olarak işlev görmektedir.