Вільгацеадыябатычны градыент пры розных тэмпературах і ціску

Ціск, гПа	Тэмпература, ºС
-20	-10		+10	+20
	0,88 0,86 0,83 0,77	0,78 0,76 0,72 0,64	0,66 0,64 0,59 0,52	0,54 0,52 0,47 0,41	0,44 0,42 0,38 0,33

 

Як вядома, вільгацеўтрыманне паветра вызначаецца яго тэмпературай. Пры паніжэнні тэмпературы вільгацеўтрыманне паветра памяншаецца, а вільгацеадыябатычны градыент набліжаецца да адзінкі. Пры высокай тэмпературы і вялікім утрыманні вадзяной пары больш вылучаецца цеплаты кандэнсацыі і павольней паніжаецца тэмпература паветра. З паніжэннем ціску вільгацеадыябатычны градыент тэмпературы памяншаецца, таму што памяншаецца шчыльнасць паветра і звязаная з ім цеплаёмістасць.

Пры апусканні насычанага паветра, калі ў паветры не засталіся прадукты кандэнсацыі (кроплі і крышталі), змяненні тэмпературы ідуць паводле сухаадыябатычнага закону. Калі ж у паветры захаваліся прадукты кандэнсацыі, то пры яго апусканні частка цяпла ідзе на выпарэнне кропель і крышталяў, пераходзячы ў скрытую цеплату параўтварэння. Тэмпература ў такім паветры будзе павышацца паводле вільгацеадыябатычнага закона (менш 1 ºС на 100 м), пакуль усе прадукты кандэнсацыі не выпарацца. Пасля чаго будзе адбывацца павышэнне тэмпературы па сухаадыябатычнаму закону.

Узровень кандэнсацыі h, на якімпачынаюцца вільгацеадыябатычныя працэсы, можа быць разлічаны пры дапамозе наступных формул:

h=122 (t – t_d) (3.31)

h=22 (100 – f) (3.32)

дзе t – тэмпература паветра; t_d – кропка расы; f – адносная вільготнасць.

Рыс. 3.3. Вільготныя (1) і сухія (2) адыябаты     Рыс. 3.4. Крывая змянення стану паветра

Змяненні тэмпературы паветра з вышынёю пры вільгацеадыябатычных працэсах таксама адлюстроўваюць графічна (рыс. 3.3). Лініі сувязі тэмпературы з вышынёю называюцца вільготнымі адыябатамі. У адрозненне ад сухіх, вільготныя адыябаты ўяўляюць сабой крывыя лініі. Гэта тлумачыцца тым, што вільгацеадыябатычны градыент тэмпературы, ад якога залежыць нахіл вільготных адыябат, з’яўляецца зменлівай велічынёй. Звычайна каля зямной паверхні паветра знаходзіцца ў ненасычаным стане. Таму пры падняцці такога паветра яго стан змяняецца спачатку па сухаадыябатычнаму закону ўздоўж сухой адыябаты (рыс. 3.4). Вышэй узроўня кандэнсацыі змяненні тэмпературы ідуць па вільгацеадыябатычнаму закону – уздоўж вільготнай адыябаты. Вертыкальны профіль змянення тэмпературы пры адыябатычных працэсах называецца крывой змянення фізічнага стану паветра.

Змяненні стану паветра пры адыябатычных працэсах вызначаюць пры дапамозе аэралагічнай дыяграмы (рыс. 3.5). Такая дыяграма ўяўляе графік, на які нанесены сухія і вільготныя адыябаты пры розных значэннях тэмпературы і вышыні. Ведаючы пачатковую тэмпературу, ціск і вільготнасць паветра на аэралагічнай дыяграме вызначаюць узровень кандэнсацыі, магутнасць воблачнага покрыва і г.д.

 

Рыс. 3.5. Аэралагічная дыяграма

Суцэльныя лініі з вялікім вуглом нахілу – сухія адыябаты, з меншым вуглом нахілу – вільготныя адыябаты, перарывістыя лініі – ізалініі ўдзельнай вільготнасці ў стане насычэння.

 

Аэралагічная дыяграма, якая дазваляе вызначаць шматлікія фізічныя характарыстыкі паветра, шырока выкарыстоўваецца ў службе надвор’я пры сінаптычным аналізе.

3.8.3. Псеўдаадыябатычныя працэсы. Яныпрацякаюць пры паслядоўным падняцці і апусканні паветранай масы. Пры гэтым прадукты кандэнсацыі поўнасцю выпадаюць у выглядзе ападкаў. Разгледзім змяненні фізічнага стану паветра пры псеўдаадыябатычных працэсах на аэралагічнай дыяграме (рыс. 3.6).

Дапусцім, з кропкі А паднімаецца ненасычанае парай паветра, тэмпература якога паніжаецца з удзелам сухаадыябатычнага працэса на 1ºС /100 м да ўзроўня кандэнсацыі (кропка В). Вышэй узроўня кандэнсацыі (ад кропкі В да кропкі С) тэмпература паветра будзе працягваць паніжацца ўжо па вільгацеадыябатычнаму закону ў сярэднім на 0,5 – 0,7ºС/100 м. Пры гэтым выдзяляецца скрытая цеплата параўтварэння, якая і запавольвае паніжэнне тэмпературы.

Рыс. 3.6. Псеўдаадыябатычны працэс на аэралагічнай дыяграме: ад кропкі А да кропкі В тэмпература паветра паніжаецца паводле сухаадыябатыч-нага закону, ад кропкі В да кропкі С – паводле вільгацеадыябатычнага зако-на, ад кропкі С да кропкі D павяличваецца паводле сухаадыябатычнага закона

Дапусцім, што прадукты кандэнсацыі выпалі ў выглядзе ападкаў, і паветра стала зусім сухім. Калі гэта паветра пачне апускацца з кропкі С, то яго награванне будзе адбывацца ўжо па сухаадыябатычнаму закону, г. зн. на 1ºС/100 м. На першапачатковы ўзровень (кропка D) паветра вернецца па сухой адыябаце з больш высокай тэмпературай, чым у кропцы А. Псеўдаадыябатычныя працэсы з’яўляюцца ўмовай утварэння мясцовага ветру – фёна.

 

 

Патэнцыяльная тэмпература

Звычайная тэмпература паветра – гэта малекулярная тэмпература. Яна характаразуе ўнутраную энергію, абумоўленую цеплавым рухам малекул. Аднак малекулярная тэмпература не характарызуе энергію паветра, якое знаходзіцца на розных вышынях і залежыць ад атмасфернага ціску. Разглядаючы адыябатычныя працэсы, мы ўпэўніліся, што ў сувязі са змяненнем ціску з вышынёй паветра, калі яно паднімаецца, губляе энергію, і наадварот, паветра атрымоўвае энергію, калі яно апускаецца.

Каб параўнаць поўную энергію паветра, якое знаходзіцца на розных вышынях пры розным ціску, звычайнай тэмпературы недастаткова. Для гэтага ўводзіцца паняцце патэнцыяльнай тэмпературы. Патэнцыяльнай тэмпературай Θ называецца такая, якую набудзе паветраная маса, калі яе апусціць па сухаадыябатычнаму закону да нармальнага ціску (1000 гПа) на ўзровень мора. Інакш, патэнцыяльная тэмпература роўная малекулярнай на ўзроўні мора (Θ=t).

Няхай на вышыні 3000 м звычайная тэмпература паветра роўная – 10ºС. Апусцім гэту масу паветра сухаадыябатычна да ўзроўня нармальнага ціску. Тады яго тэмпература можа быць вызначана па ўраўненню Пуасона:

(3.33)

У нашым выпадку патэнцыяльная тэмпература на ўзроўні мора роўная пачатковай (-10 ºС) плюс 30 ºС. У выніку атрымаем Θ= 20 ºС.

Патэнцыяльная тэмпература дае магчымасць параўноўваць цеплавы стан паветраных мас, якія знаходзяцца на розных вышынях, а таксама выяўляюць больш цёплыя, ці больш халодныя масы паветра. Патэнцыяльную тэмпературу можна атрымаць пры дапамозе аэралагічнай дыяграмы, калі апускацца з вышыні ўздоўж сухой адыябаты да ўзроўня 1000 гПа.

Патэнцыяльная тэмпература не зменяецца, калі маса паветра паднімаецца і апускаецца па сухаадыябатычнаму закону. Гэта ўласцівасць патэнцыяльнай тэмпературы мае вялікае значэнне для ацэнкі ўнутранай энергіі паветраных мас і аналіза сінаптычных працэсаў. Вылічваючы патэнцыяльную тэмпературу розных тыпаў мас паветра, мы ў думках сухаадыябатычна апускаем іх да ўзроўня ізабарычнай паверхні ў 1000 гПа і мяркуем аб іх цеплавой энергіі.

Для разліку патэнцыяльнай тэмпературы паветра можна карыстацца наступнай формулай:

Θ=T+γ_a·Z (3.34)

дзе Т – тэмпература паветра на вышыні Z, выражанай у сотнях метраў.

Дапусцім, што на вышыні 1000 м тэмпература паветра 10 ºС (283 К). Тады патэнцыяльная тэмпература паветра на ўзроўні 1000 гПа Θ =273+10+1·10=273+20 ºС=293К. Дапусцім, паветра паднялося на вышыню 1500 м паводле сухаадыябатычнага закона, атрымаўшы тэмпературу 5 ºС (278К). Цяпер зноў апусцім паветра паводле сухаадыябатычнага закону на ўзровень мора. Мы бачым, што патэнцыяльная тэмпература не змянілася (20 ºС=293 К).

На ўсім працягу сухой адыябаты патэнцыяльная тэмпература аднолькавая. Лічыцца, што сухія адыябаты ўяўляюць ізалініі роўнай патэнцыяльнай тэмпературы паветра. Любая сухая адыябата характарызуе пэўную патэнцыяльную тэмпературу (гл. рыс. 3.5).

Змяненні патэнцыяльнай тэмпературы сведчаць аб тым, што ў паветранай масе адбыліся вільгацеадыябатычныя працэсы, пры якіх назірался кандэнсацыя і вылучалася скрытая цеплата параўтварэння. Патэнцыяльная тэмпература пры такіх працэсах павялічваецца.