Độ ổn định và đối lưu khí quyển

Cấu trúc nhiệt độ thẳng đứng của khí quyển quyết định liệu không khí có bốc lên tự do hay không, và các chuyển động đối lưu tạo thành sau đó.

Definition

Độ ổn định khí quyển là xu hướng của khí quyển nhằm ngăn chặn hoặc khuếch đại sự dịch chuyển thẳng đứng của không khí; đối lưu là chuyển động thẳng đứng do lực nổi gây ra khi khí quyển không ổn định.

Scope

Bao gồm các tiêu chí ổn định tĩnh so sánh suất giảm nhiệt của khối khí và môi trường, sự bất ổn định tuyệt đối và có điều kiện, mức độ đối lưu tự do và mức độ cân bằng, năng lượng tiềm năng đối lưu có sẵn và sự ức chế đối lưu, cũng như sự tổ chức của đối lưu nổi thành các luồng khí nóng, mây và bão.

Core questions

• Khi nào khí quyển chống lại, và khi nào nó khuếch đại, chuyển động thẳng đứng?
• Bất ổn định có điều kiện là gì và tại sao nó lại là trung tâm của đối lưu ẩm?
• Năng lượng có sẵn cho đối lưu được định lượng như thế nào từ một bản ghi âm?

Key theories

Tiêu chí ổn định của khối khí

So sánh suất giảm nhiệt của một khối khí bị dịch chuyển với suất giảm nhiệt của môi trường phân loại khí quyển là ổn định, trung tính hoặc không ổn định, với trường hợp ẩm dẫn đến sự bất ổn định có điều kiện.

Động lực học đối lưu

Năng lượng tiềm năng đối lưu có sẵn đo lường lực nổi tích hợp mà một khối khí có thể đạt được khi bốc lên, chi phối cường độ tiềm năng của đối lưu.

Mechanisms

Một khối khí bị dịch chuyển lên trên sẽ nổi nếu nó vẫn ấm hơn, và do đó ít đặc hơn, so với môi trường xung quanh. Khi suất giảm nhiệt của môi trường nằm giữa suất giảm nhiệt đoạn nhiệt khô và đoạn nhiệt ẩm, khí quyển ở trạng thái bất ổn định có điều kiện: ổn định đối với các khối khí chưa bão hòa nhưng trở nên bất ổn định khi quá trình bão hòa bắt đầu. Năng lượng tiềm năng đối lưu có sẵn định lượng lực nổi mà một khối khí tích lũy được phía trên mức đối lưu tự do, trong khi sự ức chế đối lưu đo lường rào cản năng lượng phải được vượt qua trước tiên.

Clinical relevance

Các chỉ số ổn định và số liệu năng lượng đối lưu là công cụ cốt lõi để dự báo dông bão, thời tiết khắc nghiệt và sự pha trộn thẳng đứng của các chất ô nhiễm trong lớp biên.

History

Phương pháp khối khí và phân loại ổn định được Normand và các nhà khoa học khác thiết lập vào đầu thế kỷ XX; cách xử lý hiện đại về động lực học đối lưu ẩm, bao gồm năng lượng tiềm năng đối lưu có sẵn, được hệ thống hóa trong chuyên khảo năm 1994 của Emanuel.

Key figures

• Kerry Emanuel
• Charles Normand

Seminal works

• emanuel1994

Frequently asked questions

Bất ổn định có điều kiện là gì?

Bất ổn định có điều kiện là trạng thái mà khí quyển ổn định đối với không khí chưa bão hòa nhưng trở nên không ổn định khi một khối khí đang bốc lên đạt đến trạng thái bão hòa và sự giải phóng nhiệt tiềm ẩn làm cho nó nổi lên.