0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

17

°

19

°

22

°

γ=0

°/100m

γ=0,5

°/10

γ=1

°/100m

γ=1,5

°/10

γ=3

°/100m

γ=-

r. chwiejna

r. obojętna

r. stała

inwersj

izotermi

17

°

wys. w

m.

T [

°C]

Diagram aerologiczny ( łącząc punkty jednostkowe na obu osiach otrzymujemy
linie równoległe (przerywane), zwane suchymi adiabatami; są one liniami
odniesienia w stosunku do aktualnej krzywej zmiany temperatury z wysokością

Ćwiczenia 7. Termodynamika

Pionowy gradient stanu atmosfery – jest to zmiana
temperatury z wysokością w atmosferze w danym
momencie (pionowa zmiana temperatury otaczającego
powietrza)

γ = -ΔT/ΔZ

Pionowy gradient suchoadiabatyczny temperatury -
zmiana temperatury jaka zachodzi w porcji powietrza
suchego (tj. bez produktów kondensacji)
przemieszczającego się w górę lub w dół. Zmiana stanu
termodynamicznego odbywa się adiabatycznie, czyli bez
wymiany ciepła z otoczeniem.
Dla powietrza suchego związek między zmianami
temperatury a zmianami ciśnienia jest opisywany równaniem
gazu doskonałego POISSONA

( )

p

p

T

T

p

c

AR

0

0

=

; gdzie AR/c

p

=0.286

Gradient suchoadiabatyczny jest wielkością stałą i wynosi ok.
1

°C/100m

Gradient wilgotnoadiabatyczny dotyczy powietrza
wilgotnego (U=100%); w wyniku kondensacji uwalnia się
utajone ciepło kondensacji, co powoduje wolniejszy spadek
temperatury wraz z wysokością. Gradient
wilgotnoadiabatyczny nie jest wielkością stałą, a jego wartość
zależy od temperatury i ciśnienia :

P [hPa] T[

°C]

-20 0

30

1000 0,85

0,64

0,35

800 0,83

0,60

0,32

600 0,79

0,54

0,29

Stratyfikacja termiczna atmosfery:

Stratyfikacja chwiejna: rzeczywisty spadek T jest większy
od adiabatycznego (

γ > γ

sa

)

Stratyfikacja obojętna: rzeczywisty spadek T jest równy
adiabatycznemu (

γ = γ

sa

)

Stratyfikacja stała: rzeczywisty spadek T jest mniejszy od
adiabatycznego (

γ < γ

sa

)

Konwekcja: pionowe przemieszczanie się powietrza pod
działaniem sił ciężkości i wyporu hydrostatycznego, r.
konwekcyjne zachodzą jednocześnie w gore i w dół
Poziom kondensacji: wysokość na jaką należy wznieść
cząstkę powietrza, aby zawarta w niej para wodna, w wyniku
adiabatycznego rozprężania, osiągnęła stan nasycenia ( z
dobrym przybliżeniem można obliczyć ze wzoru:

H

kon

= 123 (t

o

- t

d

)

t

o

- temp powietrza, t

d

– temp punktu rosy

Temperatura potencjalna (

θ): jest to temperatura jaką

osiągnie porcja powietrza o temperaturze T i ciśnieniu p
sprowadzona suchoadiabatycznie do poziomu o ciśnieniu p

0

=

1000 hPa
Lifted index – różnica między temperaturą powietrza na
poziomie 500 hPa (T

500

) a temperaturą porcji powietrza (T

a

)

podniesionej adiabatycznie z rozpatrywanego poziomu do
wysokości powierzchni izobarycznej 500 hPa. Lifted index
przyjmuje następujące wielkości:

>0 – wystąpienie burzy niemożliwe
0 - -2 burze możliwe (prawdopodobieństwo <60%)
-3 - -5 burze bardzo możliwe (prawdopodobieństwo >60%)
-5 - -7 silne burze, możliwe tornada
<-7 b. silne burze, bardzo duże prawdopodobieństwo tornada (jeśli jesteś w
USA – zalecana ucieczka na Alaskę!)

600 17,6

14,0

12,8

500 18,0

15,0

14,0

400 18,4

16,0

15,2

300 18,8

17,0

16,4

200 19,2

18,0

17,8

100 19,6

19,0

18,8

0 20,0

200

20,0

18,8

16,0

18,0

15,4

16,4

14,4

13,4

17,4

18,4

17,0

17,4

19,8

Wys.[m]

r. stała

γ < γ

sa

(np.

γ=0.4°C/100m)

r. obojętna

γ = γ

sa

(np.

γ=1,0°C/100m)

r. chwiejna

γ > γ

sa

(np.

γ=1,2°C/100m)

17,8

20,0

T

z

Adiabata
sucha

Pseudoadiabata
wilgotna

Równowaga

warunkowo

stała

Równowaga

bezwzględnie

chwiejna

Równowaga

bezwzględnie stała

Warunki równowagi pionowej, diagram przedstawia warunki równowagi

zarówno dla powietrza nasyconego jak i nienasyconego

Materiał do opanowania na kolejne zajęcia:
Warunki konieczne do zajścia kondensacji
Produkty kondensacji przy powierzchni Ziemi i w swobodnej atmosferze
Rodzaje chmur
Zjawiska meteorologiczne

Inne pojęcia:

Adiabaty suche
Adiabaty wilgotne
Adiabatyczny proces
Ciepło utajone kondensacji
Ciepło utajone parowania

Diagram adiabatyczny (emagram)
Inwersja frontalna
Inwersja mechaniczna
Inwersja orograficzna
Inwersja z wypromieniowania

Konwekcja
Poziom konwekcji
Procesy adiabatyczne
Temperatura molekularna
Temperatura punktu rosy

Zadanie

Obliczyć pionowy zasięg konwekcji przy podanych danych wejściowych. Jakie zachmurzenie i zjawiska będą
występować przy kolejnych założeniach?

T porcji powietrza

na poziomie 0 m

T otoczenia na

poziomie 0 m

γ

s

γ

s

γ

s

Wysokość poziomu

kondensacji

18

0

C 16

0

C

0,8 (0-3000)

0,4 (3000-4000)

-

800

18

0

C 16

0

C

0,8 (0-3000)

0,4 (3000-4000)

-

1400

18

0

C 16

0

C

0,6 (0-3000)

0,4 (3000-4000)

-

800

18

0

C 16

0

C

1,2 (0-1000)

-0,2 (1000-1500)

0,8 (1500-8000)

0,2 (8000-12000)

1100

18

0

C 16

0

C

1,2 (0-1000)

-0,2 (1000-1500)

0,8 (1500-8000)

0,2 (8000-12000)

900

Założenia upraszczające: γ

wa

= 0,6

0

C

Diagram z zaznaczonymi adiabatami suchymi (ukośne linie ciągle)
i wilgotnymi (krzywoliniowe, ukośne linie przerywane) oraz liniami
stosunku zmieszania (linie przerywane, o niewielkim nachyleniu)

Diagram aerologiczny wykonany na Florydzie