Влажноадиабатические изменения температуры

1. Подъем влажного насыщенного воздуха.

С адиабатическим подъемом влажного ненасыщенного воздуха связано такое важное изменение, как приближение его к состоянию насыщения. Температура воздуха при его подъеме понижается, поэтому на какой-то высоте достигается насыщение. Эта высота называется уровнем конденсации (h):

H = 122 (t – τ),

где t - температура воздуха,

τ – точка росы.

При дальнейшем подъеме воздуха влажный насыщенный воздух охлаждается иначе, чем ненасыщенный. В нем происходит конденсация и выделяется в значительных количествах теплота парообразования, или теплота конденсации (2,501^.10⁶ Дж/кг). Выделение этой теплоты замедляет понижение температуры воздуха при подъеме. Поэтому, в поднимающемся воздухе температура падает не сухоадиабатически, а по влажноадиабатическому закону. Она падает тем медленнее, чем больше влагосодержание воздуха в состоянии насыщения. Определяется по таблицам в зависимости ль давления и содержания водяных паров.

Падение температуры в насыщенном воздуха при подъеме на единицу высоты (100 м) называется влажноадиабатическим градиентом температуры γ_а^´.

При очень низких температурах, которые наблюдаются при подъеме в высокие слои атмосферы, водяного пара в нем остается немного и выделение теплоты конденсации мало. Падение температуры при подъеме в таком воздухе приближается к падению температуры в сухом воздухе. Иначе говоря, влажноадиабатический градиент при низких температурах приближается к сухоадиабатическому.

 

2. Опускание насыщенного воздуха.

Если в воздухе нет продуктов конденсации, то воздух, как только температура в нем станет расти при опускании, сразу станет ненасыщенным. Поэтому, воздух, опускаясь, будет нагреваться сухоадиабатически, т.е. на 1 ⁰С/100 м. Если же в воздухе есть капли или кристаллы, то они при опускании и нагревании воздуха будут постепенно испаряться. При этом часть тепла воздушной массы перейдет в теплоту парообразования, и поэтому, повышение температуры замедлится. В результате воздух останется ненасыщенным до тех пор, пока все продукты конденсации не перейдут в газообразное состоние. А температура в нем будет в это время повышаться влажноадиабатически: не на 1 ⁰С/100 м, а на меньшее значение.

Псевдоадиабатическ ий процесс

Представим себе, что влажный ненасыщенный воздух сначала поднимается. Его температура при этом падает сначала сухоадиабатически, затем, после того, как достигнут уровень конденсации, влажноадиабатически. Допустим, что вся вода, выделяющаяся при конденсации, сразу же выпала из воздуха в виде осадков. Допустим, что затем, достигнув некоторой высоты, воздух начинает опускаться. Т.к. продуктов конденсации в нем нет, он будет при этом нагреваться сухоадиабатически. Легко рассчитать, что на прежний уровень воздух придет с температурой более высокой, чем та, которая была в нем первоначально.

В рассматриваемой массе воздуха произошел необратимый процесс. Хотя масса воздуха вернулась под прежнее давление, она не вернулась в исходное состояние: ее конечная температура оказалась выше, чем начальная. Такой процесс называется псевдоадиабатическим.

Мы уже говорили о том, что для сухого и влажного ненасыщенного воздуха потенциальная температура остается постоянной. Для насыщенного водяными парами воздуха изменения градиента температуры γ_а^´ и потенциальной температурой возрастает с высотой. И чем больше высота от уровня земли, тем ниже достоверность потенциальной температуры. В этом случае используется эквивалентная температура (Т_э).

Эквивалентная температура – это условная температура влажного воздуха, которую он может принять, если все содержащиеся в нем пары конденсируются и выделяется тепло на нагрев воздуха.

 

Т_э = Т + 1570 е/р,

 

Т_э = Т + 2,5 q.

где е – упругость водяного пара, мб;

q – удельная влажность, г/кг.

Если воздух с эквивалентной температурой Т_э привести адиабатически к стандартному давлению 1000 мб, то получим значение температуры, которая называется эквивалентно-потенциальной:

 

Θ_э = Т_э (1000/р)^0,286.

 

Эквивалентно-потенциальная температура остается постоянной как при сухоадиабатичесих, так и при влажноадиабатических процессах.