潮湿的对流
我们已经看到,大多数地方的氛围和最多时间是稳定的对流干燥。尽管如此,对流是最常见的位置在世界各地(在一些地方超过别人,正如4.6.2节中我们将讨论)。有
图4.17。(上)卫星图像显示浓密的烟雾污染在中国东部。视图看起来东黄海向朝鲜。提供的SeaWiFS项目,美国航空航天局/戈达德太空飞行中心。(底部)温度反演在洛杉矶经常陷阱污染物来自汽车尾气和其他污染源附近的地面。
图4.17。(上)卫星图像显示浓密的烟雾污染在中国东部。视图看起来东黄海向朝鲜。SeaWiFS提供的项目中,美国航空航天局/戈达德太空飞行中心。(底部)温度反演在洛杉矶经常陷阱污染物来自汽车尾气和其他污染源附近的地面。
空气的一个非常重要的属性,我们还没有纳入讨论对流。空气潮湿,潮湿的空气包裹是否解除,它冷却绝热地;如果这个冷却足够的饱和包裹,一些水汽凝结形成云。相应的潜热释放增加了包裹的浮力,从而有利于不稳定。这种对流称为湿对流。推导出湿对流稳定性条件,我们必须首先讨论如何描述空气的含水量。
4.5.1。湿度
空气的含水量是方便表达的湿度。问,特定的湿度是衡量质量的水蒸气单位体积空气质量的定义:
在p = pd + pT(参见1.3.2)是空气的总质量(干燥的空气和水蒸气)每单位体积。注意,在缺乏混合或凝结,比湿气流包裹是守恒的,因为水和空气的质量在包裹必须分别守恒的。
saturation-specific湿度、q *,饱和发生的特定的湿度。因为水蒸气和干燥的空气像完美的气体,使用Eq。1 - 2表达Eq。4-23饱和,我们定义q *:
es / RvT p / RT
其中es (T)是饱和的水蒸气分压绘制在图1.5。请注意,q *是温度和压力的函数。特别是,在固定p是一个强烈增加T的函数。
U,相对湿度的比值比湿度饱和含湿量,q *,通常表示为一个百分比:
现在地球表面附近的空气的含水量通常是相当接近饱和(例如,在整个热带大气,低空气相对湿度接近80%,将在第5章)。如果这样的空气包裹了,压力会减少,它会很酷。从情商。4-24,减少压力就会问*随着高度增加。然而,es的指数依赖T第1章中讨论了压力依赖性,因此q *与高度迅速降低。所以空气包裹解除,保护其q,它通常不会有q > q *前上升很远。
这发生的水平称为凝结水平佐(图4.18)。佐以上,多余的蒸汽冷凝q = q *。此外,由于q *将继续减少包裹的进一步升高,q将相应减少。这种凝结是可见的,例如,对流云团。蒸汽凝结,潜热释放部分抵消了由于绝热膨胀冷却。因此我们预计湿润包裹比如果干更活跃。见图4.18,高于佐包裹的温度下降较慢(与对流干燥的情况下,图4.11),直到达到中性浮力zt型,云顶。显然,温暖或表面空气温暖,云顶将越高。
低于冷凝水平我们期望一个包裹进行对流干燥绝热线。但其饱和层中的温度变化如何?它遵循一个饱和绝热线,我们现在描述。
图4.18。湿空气的温度在对流从表面包裹了Ts将遵循干绝热线,直到冷凝温度发生在佐的冷凝水平。佐以上,多余的水蒸气会凝结,释放潜热和变暖包裹,抵消其冷却干绝热率由于本公司在华业务扩大。因此湿润包裹冷却迅速(潮湿后绝热线)低于干,直到到达中性浮力zt型,云顶。这应该是比较干燥的情况下对流图4.11所示。
图4.18。湿空气的温度在对流从表面包裹了Ts将遵循干绝热线,直到冷凝温度发生在佐的冷凝水平。佐以上,多余的水蒸气会凝结,释放潜热和变暖包裹,抵消其冷却干绝热的速度扩张。因此湿润包裹冷却迅速(潮湿后绝热线)低于干,直到到达中性浮力zt型,云顶。这应该是比较干燥的情况下对流图4.11所示。
4.5.2。饱和绝热递减率
让我们回到一个小的情况下空运的垂直位移。如果空气不饱和,没有冷凝会发生,因此干燥的空气4.3.1节的结果仍然有效。然而,如果出现冷凝,将会有一个释放的潜热量平方= - L dq每单位质量的空气,L是潜伏的地方冷凝热和dq比湿q的变化。因此我们必须修改情商。42 dp cpdT = p - Ldq (4-26)
一个空运接受湿绝热位移。请注意,这里有一个负号,因为如果dq < 0,潜热是发布和包裹变暖。如果环境流体静力平衡、dp / p = -gdz d (cpT + gz + Lq) = 0。(速率)
这个词在括号被称为潮湿的静态能量,由cpT + gz,干燥的静态能量,和Lq,潜热的内容。
如果空气包裹总是在饱和,我们可以代替q q *在4-26情商。现在,因为q * = q * (p T),
写p dp /
dq * = / _R \ 1 d£1 = / _R \ pes =问dT ^ RjpdT V RJ p '
我们使用了情商。1 - 4写des / dT = pes。因此Eq。4-26给设置dq = dq *,
rs称为饱和在哪里绝热递减率6右边的因素在括号中总是小于团结,所以饱和绝热递减率小于干adi-abatic递减率;在高海拔地区,然而,q *很小,差异变得非常小。由于q *随p和T,不能把一个数字。它有典型的对流层值介于rs ~ 3 kkm-1潮湿,热带对流层较低和rs ~ rd _ 10 kkm-1对流层上层。一个典型的大气温度曲线勾勒出,干燥和饱和绝热线,在图4.19。
凝结的定性影响很简单;潜热的释放使空运温暖,因此更加活跃,所以气氛
10公里
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