Атмосферна стійкість і конвекція

Чи залишиться небо ясним, чи вибухне високими грозами, залежить від стійкості – боротьби між плавучістю висхідної повітряної маси та опором навколишнього повітря.

Definition

Атмосферна стійкість описує тенденцію зміщеної повітряної маси повертатися до свого початкового рівня або прискорюватися від нього, а конвекція – це вертикальне перемішування, що відбувається, коли атмосфера нестійка і повітряні маси стають плавучими.

Scope

Ця тема охоплює статичну стійкість і теорію посилок, умови абсолютної, умовної та конвективної нестійкості, енергію, доступну для конвекції, виміряну конвективною доступною потенційною енергією, а також результуючу вільну та вимушену конвекцію.

Core questions

• Як порівняння градієнта температури повітряної маси з навколишнім середовищем визначає стійкість?
• Яка різниця між абсолютною, умовною та конвективною нестійкістю?
• Як конвективна доступна потенційна енергія кількісно визначає потенціал для штормів?
• Що викликає та підтримує атмосферну конвекцію?

Key theories

Теорія посилок стійкості

Зміщена повітряна маса, яка виявляється теплішою та менш щільною, ніж її оточення, продовжує підніматися, сигналізуючи про нестійкість, тоді як та, що виявляється холоднішою, опускається назад, що є основою для порівняння градієнтів температури повітряної маси та навколишнього середовища.

Конвективна доступна потенційна енергія

Інтегрована плавучість, яку повітряна маса отримала б під час підйому через шар позитивної площі, вимірює енергію, доступну для конвекції, і допомагає передбачити інтенсивність гроз.

Mechanisms

Стійкість оцінюється шляхом підйому гіпотетичної повітряної маси та порівняння її температури, що регулюється сухим або вологим адіабатичним градієнтом, з навколишнім середовищем. Якщо навколишнє середовище охолоджується з висотою швидше, ніж повітряна маса, повітряна маса залишається плавучою, і виникає конвекція; якщо повільніше, повітряна маса опускається назад, і повітря є стійким. Умовна нестійкість виникає, коли шар є стійким для сухого, але нестійким для насиченого підйому, так що підйом до насичення може вивільнити конвекцію, при цьому доступна енергія кількісно визначається конвективною доступною потенційною енергією.

Clinical relevance

Оцінка стійкості та конвективної енергії за даними зондування є центральною для прогнозування гроз, небезпечних погодних явищ та авіаційних небезпек; індекси, отримані з концепцій стійкості, керують щоденним випуском прогнозів конвекції та штормових попереджень.

History

Теорія посилок та аналіз умовної нестійкості розвивалися в середині ХХ століття разом з дослідженнями тропічної та конвективної погоди Рілем та Сімпсоном; пізніше енергетичні показники, такі як конвективна доступна потенційна енергія, підкреслені в синтезі Емануеля, стали стандартними інструментами для діагностики конвекції.

Key figures

• Kerry Emanuel
• Joanne Simpson
• Herbert Riehl

Seminal works

• emanuel1994
• wallace2006

Frequently asked questions

Що робить атмосферу нестійкою?

Атмосфера нестійка, коли температура швидко падає з висотою, так що висхідна повітряна маса залишається теплішою та легшою, ніж її оточення, і продовжує прискорюватися вгору, що сприяє утворенню хмар та гроз.

Що CAPE говорить синоптику?

Конвективна доступна потенційна енергія, або CAPE, вимірює, скільки плавучої енергії може отримати висхідна повітряна маса; більший CAPE вказує на потенціал для сильніших висхідних потоків та інтенсивніших гроз, хоча потрібні й інші інгредієнти.