大气中垂直对流
过程发生在海气界面深受湍流对流的程度,可以发生在海面上方的大气。这反过来依赖于空气的稳定度,即在多大程度上,一旦向上转移,它会继续上升。
两种方法在流体密度可能随高度如图2.9所示。情况(a),密度随高度增加,不稳定,和流体更高会下沉和液体降低会上升。情况(b),密度随高度,是稳定的:一个包裹的液体(,说,位置O)向上流离失所的密度比它周围,沉回到原来的位置。
图2.9可能随高度变化的流体密度,导致不稳定(a)和(b)稳定的条件。
图2.9可能随高度变化的流体密度,导致不稳定(a)和(b)稳定的条件。
密度增加稳定的密度增加
密度增加
空气的密度取决于其压力和温度。这也取决于它所包含的大量的水蒸气,水蒸气比空气密度较低,但对于大多数实际应用中水蒸气含量对密度的影响可忽略不计。因此,密度随高度的变化在一个列的空气是由变化决定的温度随高度。
大气温度随高度的变化是复杂的。首先,空气,像所有的液体,是可压缩的。当流体压缩时,内部能量具有单位体积由于其组成原子的运动,并决定其温度,增加。相反,当流体膨胀,其内部能量减少。因此,液体加热时压缩(一个著名的例子就是空气自行车打气筒),和冷却时扩大。温度变化而导致的体积变化/密度和内部的能量,而不是因为收益或损失或周围环境的热量,被描述为绝热。绝热温度变化影响更大的空气质量比其他的行为机制获得或失去能量(吸收或辐射,或与其他气团混合)。
想象一个包裹上面的空气温暖海面向上移动在随机湍流旋转的运动。上升,受到大气压力降低,因此扩大并变得密度较低;这导致绝热降低温度干燥的空气,这是每公里增加9.8°C的高度(黑线在图2.10)。如果上升的绝热温度的降低空气包裹小于当地降低大气温度随高度,不断上升的空气包裹会比周围的空气温暖并将继续上升。换句话说,这是一种不稳定的情况下,有利于向上的空气对流。另一方面,如果包裹的上升空气的绝热冷却是一个值足以降低其温度低于周围空气,它会下沉回到原来的水平——即条件将是稳定的。
然而,情况进一步复杂化空气中水蒸气的存在。水蒸气的高潜热内容,结果不断“干”绝热递减率每公里9.8°C的有限的相关性。如果上升空气饱和水蒸气,或成为饱和的绝热冷却——它的持续增长和相关绝热冷却导致水蒸气的冷凝(到大气核,如盐或尘粒),形成水滴。凝结释放蒸发潜热,这在一定程度上抵消了绝热冷却,因此空气中含有水蒸气冷却的速度在上升(蓝色“饱和”递减率如图2.10 (a))小于干燥的空气。
一直稳定
总是不稳定的温度(°C)
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