Saturacja i stabilność atmosfery, ! uczelnia, Meteorologia
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
NYCENIEITBILNODTMOERY – ORMOWNIEICHMURIOPDÓW
ATMOSFERYCZNYCH
Wprowadzenie
W zrozumieniu procesu formowania ichmuristotne znaczenie ma koncepcja nasycenia
(saturacji) powietrzaatmoerycznego(wilgotnodwzgldna100%)Powietrzemożeoiągnądpoziom
naycenianadrodzewzrotuzawartociparywodnejlubpadkujegotemperatury
Miezaniei powietrzaoróżnychparametrachizycznych
Powietrzemożeoiągnądtannayceniapodczawymiezaniaidwóchmapowietrzao
różnychparametrachizycznychNakutekwymiezaniazmianieulegazarównotemperatura
powietrzawymiezanegojakizawartodwnimparywodnej
Rozpatrzmydwienienayconemaypowietrzaonatpującychparametrach
Próbkapowietrza A B
Temperatura 10°C 38°C
Wilgotnodwzgldna
75%
Zadanie 1
Na podstawie tabeli 6-1 podaj nasycony stosunek zmieszania(m
s
)próbekpowietrzaiB
A: m
s
=g*kg
-1
B: m
s
=g*kg
-1
Zadanie 2
Oblicztounekzmiezaniadlarozpatrywanychpróbekpowietrza
m=. g*kg
-1
Bm=g*kg
-1
Zadanie 3
Biorącpoduwagtemperaturpowietrzaitounekzmiezaniazaznacznawykreie6-1 punkty
reprezentujące próbkipowietrzaiB
Zadanie 4
ałóżmy,żedochodzidowymiezaniatakichamychczcirozpatrywanychpróbek
powietrza A i B. W efekcie temperatura powietrzapowtałego(próbkaC)zmieniio14°C,czyli
wynoi°C
ałóżmy,żewanalogicznypoóbzmieniaitounekzmiezaniaJaka wzwiązkuztymjet
wartodtounkuzmieszania powietrza wymieszanego? (........
g*kg
-1
). Podajwartodnayconego
stosunku zmieszania (
g*kg
-1
)iwilgotnodwzgldną(%) dlapróbkiC.
Zadanie 5
Nieliniowezależnocipomidzytemperaturąinayceniempowodujążenadrodzewymiezania
dwóchnienayconychpróbekpowietrzamożepowtadnayconapróbkapowietrzaPrzykładem
takiegoproceuąmugikondenacyjnepowtałenakutekwymiezaniaiuwilgotnionych spalin
wydobywającychizrurywydechowejodrzutowcaichłodnegopowietrzaNiektóremugi
kondensacyjne zanikajązybko,innezkoleiąwidocznenaniebiedłużejCotwoimzdaniem
determinuje czas trwania smugi kondensacyjnej?
ródłoCarboneG,2007, Exercises for Weather and Climate, Pearson Education Inc.
75%
Tabela. Nasycony stosunek zmieszania (g*kg
-1
) na poziomie morza jako funkcja temperatury (°C)
°C
g/kg
-40
0.118
-35
0.195
-30
0.318
-25
0.510
-20
0.784
-18
0.931
-16
1.102
-14
1.300
-12
1.529
-10
1.794
-8
2.009
-6
2.450
-4
2.852
-2
3.313
0
3.819
2
4.439
4
5.120
6
5.894
8
6.771
10
7.762
12
8.882
14
10.140
16
11.560
18
13.162
20
14.956
22
16.963
24
19.210
26
21.734
28
24.557
30
27.694
32
31.213
34
35.134
36
39.502
38
44.381
40
49.815
diabatycznewychłodzenie
Powietrzeatmoeryczneczciejoiągapoziomnaycenianadrodzepadkujegotemperaturydo
temperaturypunkturoyWpraktycepowietrzeoiągatemperaturpunkturoypodczaruchów
wznozącychRozpatrzmypróbkwznozącegoi
powietrza,któreniepodlegawymiezaniuz
powietrzemotaczającymKiedytakapróbkapowietrza
wznoiicinienie atmosferyczne w jej otoczeniu
pada,copowodujejejrozprżanie(Fig6-2.
diabatycznewychładzanienienayconejporcji
powietrza)Jakożeliczbamolekułwrozprżająceji
próbcepowietrzajettałaprzyrównoczenym
wzrociejejobjtocidochodzidopadkujej
wewntrznejenergii(padkutemperatury)
Siłamiwymuzającymiwznoząceruchypowietrza
mogąbyd
a)
Nagrzanie powierzchni czynnej
b)
Kolizja lub konwergencja
przypowierzchniowych mas powietrza
ródłoCarboneG,2007, Exercises for Weather and Climate, Pearson Education Inc.
c)
Kontaktdwóchmapowietrzaoróżnychwłaciwociachizycznychwzdłużpowierzchni
rontowych(rontciepłylubchłodny)
d)
Istnienie bariery orograficznej
e)
Dywergencjawwyżzychwartwachatmoery(zagadnienietozotanieomówionena
kolejnychzajciach)
Podczawznozeniapróbkipowietrzaatmoerycznegojegotemperaturabdziepadadzgodniez
gradientem suchoadbiabatycznym (
GSA
),czyliookoło10°Cnakażde100m
Zadanie 6
Oblicztemperaturwznozącejinienayconejpróbkipowietrzadlapodanychwyokocinad
powierzchniągruntu,zakładającżejegotemperaturaprzypowierzchnigruntuwynoi35°C
Wyokod*m+
temperatura
1000 (1 km)
900
800
700
600
500
400
300
200
100
powierzchnia 35°C
WznozącaipróbkapowietrzamożeoiągnądtemperaturpunkturoyJelidochodzido
takiejytuacjiwówczapróbkapowietrzaoiąga stan nasycenia co prowadzi do kondensacji i
ormowaniaichmurPoziomnaktórymdochodzidokondenacji,czylinaktórympowietrzeoiąga
temperaturapunkturoyokrelanyjetterminem„
poziom kondensacji
” (
PK
). Spadek temperatury
próbkipowietrzawznozącegoipowyżejpoziomukondenacjijetjużwolniejzy,ponieważ
przebiega on zgodnie z gradientem wilgotnoadiabatycznym (
GWA
)Wartodgradientu
wilgotnoadiabatycznegomożezmieniadiod5
°
Cdo9°Cna1kmWartodgradientu
wilgotnoadiabatycznego(GW)zmianiaiponieważzależy oncinieniaatmoerycznegoi
zawartociparywodnejwpowietrzu
Zadanie 7
Wyjanijdlaczegouchoadiabtycznypadektemperaturywznozącegoipowietrzajetwikzyniż
padekwilgotnoadiabatyczny(wkazówkaprzypomnijobietranerciepłautajonego podczas
przemian fazowych wody).
Zadanie 8
Temperaturapróbkipowietrzawynoiprzypowierzchniziemi28°CPowietrzetowznoiina
wyokod5kmPoziomkondenacjidlategopowietrzapołożonyjetnawyokoci15kmPowyżej
poziomu kondensacji temperatura tego powietrza spada zgodnie z gradientem wilgotno
adiabatycznymwynozącym5°C na1kmWypełnijlewąkolumntabeli6-2.
Zadanie 9
TemperaturapróbkipowietrzaBwynoiprzypowierzchniziemi10°CPowietrzetowznoiina
wyokod5kmPoziomkondenacjidlategopowietrzapołożonyjetnawyokoci15kmPowyżej
poziomu kondensacji temperatura tego powietrza spada zgodnie z gradientem wilgotno
adiabatycznymwynozącymtymrazem7°C na1kmWypełnijprawą kolumntabeli6-2.
ródłoCarboneG,2007, Exercises for Weather and Climate, Pearson Education Inc.
Temperatura
próbki
Wyokod
[km]
Temperatura
próbki
5.0
4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
28°C
powierzchnia 10°C
Zadanie 10
Dlaczego temperaturapróbkipowietrzacieplejzegopadawolniejpomidzywyokocią15kmi
5.0km?
Wpoprzednichdwiczeniapoziomkondenacjidlarozpatrywanychpróbekpowietrzazotał
podanyPoziomtenmożebydobliczonybiorącpoduwagtemperaturpowietrzaprzypowierzchnii
ziemiitemperatur punktu rosy. Poziomkondenacjiwytpujenawyokocinaktórejpowietrze
oiągatemperaturpunkturoyPodobniejatemperatura,temperaturapunkturoyrównieżpada
wrazzwyokociąSpadektenwynoirednio2°C na 1km.
Fig. 6-3 Poziom kondensacji (lifting condensation level, mixing ration line – linia stosunku zmieszania, height –
wyokod, lifting condensation level – poziom kondensacji, sea level – poziom morza, dew piont – temperatura
punktu rosy, temperature – temperatura, WALR – gradient wilgotno adiabatyczny, DALR – gradient
suchoadiabatyczny)
Rozpatrzmy przykładnarycinie6-3Próbkapowietrzanapoziomiemorzacharakteryzujei
temperaturą30°C,temperaturąpunkturoy14°Cicinieniem1010mb Podczawznozeniaitej
próbkipowietrzajejtemperaturabdziepadadzgodniezgradientemuchoadiabatycznym
(10°C/1km)ażdomomentu,wktórymoiągniepoziomnaycenia Spadek temperatury punktu rosy
wrazzwyokocią(2°C/1km) opisuje linia stosunku zmieszania (na rycinie: mixing ratio line) której
przebiegdeterminujetemperaturypunkturoynapoziomiemorzaWpunkcieprzeciciailinii
ródłoCarboneG,2007, Exercises for Weather and Climate, Pearson Education Inc.
obrazującychzmianytemperatury powietrzaizmianytemperaturypunkturoywytpujepoziom
kondensacji.
Zadanie 11
Podajtemperaturwznozącegoipowietrzaijegotemperaturpunkturoynapodanychwtabeli
wyokociachnadpowierzchniąziemi
Wyokod
[m]
Temperatura
[T°C]
Temperatura
punktu rosy
[T
d
°C]
2000
1500
1000
500
powierzchnia
ziemi
30
°C
14
°C
Jeliznamytemperaturpowietrzanapowierzchniziemiijegotemperaturpunkturoy,
możemyobliczydpoziomkondenacjizapomocąponiżzegowzoru
T
d
-2x=T-10x
Lewatronategorównaniareprezentujepadektemperaturypunkturoywrazzwyokocią,
podczagdyprawatronategorównaniaopiujepadektemperaturywrazzwyokociąNapewnej
wyokocixwyrażeniepoprawejtornierównaniajetrównewyrażeniupolewejtronierównania
Rozwiązująjeotrzymujemy
10x-2x= T- T
d
8x=30-14
8x=16, uwzgldniającjednotkiotrzymujemy
x=16°C/8°C*km
-1
x=2km
Podumowując
PK (km)=( T°C - T
d
°C)/ 8°C*km
-1
lub PK(m) = 125 (T°C - T
d
°C)
Zadanie 12
ObliczwyokodpoziomukondenacjidlapodanychponiżejpróbekpowietrzaiB
T
°C
T
d
°C
Poziom
kondensacji
Próbka
32
°C
20
°C
PróbkaB
32
°C
10
°C
Zadanie 13
Dojakichwniokówmożezdojdnatematzależnocipomidzytemperaturąpunkturoyi
wyokociąchmurbiorącpoduwagpowyżzeobliczenia(zadanie12)
Poziom kondensacji w praktyce – obzarygórkie
Kiedypowietrzeatmoerycznenawejdrodzenapotkabarierorograicznądochodzidojego
orograficznie wymuszonego wznoszenia. Podczas wznoszenia po stoku dowietrznym dochodzi do
kondenacjizawartejwnimparywodnejWzwiązkuztympodowietrznej(windward)troniegór
powietrzeochładzaizgodniezgradientemwilgotnoadiabatycznymzdoamegozczytuPo
ródłoCarboneG,2007, Exercises for Weather and Climate, Pearson Education Inc.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]