Добовий хід стратифікації атмосфери та конвекції

Насиченого повітря

Стратифікація атмосфери та вертикальна рівновага

Насичене повітря змінює свою температуру за вологоадіабатичним законом. Тому стратифікацію атмосфери слід порівнювати з величиною вологоадіабатичного градієнта. Знову розглянемо три випадки.

Нехай вертикальний температурний градієнт буде меншим від вологоадіабатичного (γ<γ_а^,). У цьому випадку також температура вологого повітря, що підноситься вверх буде знижуватись більше, ніж зниження навколишнього повітря. Тому вологе повітря буде холодніше за навколишнє і як тільки зникне причина, яка примусила його рухатись вверх, воно опуститься донизу. Тобто це стійка стратифікація атмосфери для насиченого повітря, вона не підтримає конвекцію у ньому (вологостійка), або це буде стійка рівновага насиченого повітря.

Якщо вертикальний градієнт температури дорівнює вологоадіабатичному градієнту (γ=γ_{а ′} ). Вологе повітря, яке підноситься вверх, на всіх рівнях буде мати таку ж температуру, яку має навколишнє повітря. Тому це буде байдужий (нейтральний) стан або байдужа рівновага насиченого повітря. Коли зникне причина, яка примусила повітря рухатись вверх, воно там і залишиться.

Якщо вертикальний градієнт температури в атмосфері більший, ніж вологоадіабатичний (γ>γ_{а ′} ). Насичене повітря, яке підноситься угору, на всіх рівнях буде теплішим, ніж навколишнє, причому з висотою ця різниця збільшується. Отже, у відношенні до насиченого повітря стратифікація атмосфери нестійка (волого нестійка) або це буде нестійка рівновага насиченого повітря. Як наслідок, це дуже сприятливі умови для розвитку конвекції. Чим більше вертикальний градієнт температури перевищує адіабатичні градієнти, тим сильніше розвивається конвекція. Вертикальну рівновагу повітря краще прослідкувати за допомогою аерологічної діаграми.

На суходолі влітку спостерігається великий добовий хід температури ґрунту. Тому вдень нижні шари повітря добре нагріваються від ґрунту і вертикальні градієнти температури збільшуються. У нижніх сотнях метрів і навіть кількох кілометрах вони наближаються до сухоадіабатичних, а в самому приземному шарі в десятки разів більші. Стратифікація атмосфери стає нестійкою і виникає конвекція. Особливо велика енергія нестійкості спостерігається близько полудня та в післяполуденні години. Тому у цей час найбільше розвинена конвекція і, отже, у цей час найбільше розвинені конвективні хмари – купчасті та купчасто-дощові з опадами та грозами. Увечері вертикальні градієнти різко зменшуються і встановлюється стійка стратифікація атмосфери. То ж конвекція уже відсутня. Протягом ночі охолодження ґрунту та приземного шару повітря продовжується і формується приземна інверсія температури (мал. 4.12). Такий добовий хід стратифікації та конвекції спостерігається влітку при вторгненні холодного помірного морського повітря на теплу підстильну поверхню суходолу.

Над морями спостерігається інший добовий хід стратифікації атмосфери та конвекції. Тут дуже малий добовий хід температури поверхні води, а тому й не буде збільшення нестійкості атмосфери вдень. Нестійкість атмосфери збільшується вночі. Поблизу водної поверхні температура повітря майже така, як і була вдень, а на висоті вона вночі знижується за рахунок радіаційного випромінювання повітря. Тому вертикальні градієнти температури вночі над морем збільшуються і виникає конвекція. Це нормальне явище над морем.

При адвекції теплого повітря взимку на холодну підстильну поверхню відбувається його охолодження в нижніх шарах. Тому вертикальні градієнти тут протягом доби зменшуються до 0,2-0,4 С⁰/100 м, а часто виникає й інверсія температури. Отже, в цьому випадку буде стійка стратифікація атмосфери. Якщо у цій повітряній масі спочатку спостерігалась конвекція, то вона поступово зменшується, а потім зовсім никає. У такій повітряній масі формуються тумани або шаруваті хмари з мрякою.

Якщо повітряна маса тривалий час перебуває над суходолом, то вона набирає рис, характерних для даної місцевості. Взимку вона має стійку стратифікацію, а влітку – нестійку. Тому в помірних широтах над суходолом взимку переважають шаруватоподібні хмари, а влітку – конвективні форми хмар.

Дата добавления: 2015-05-24