78595 SNC03637

nadal od początkowego położenia (w górę lub w dół). Może być też tak, ruch zanika, tzn. pojawia się przyspieszenie o zwrocie przeciwnym i porcja pow^ł powraca do początkowego położenia. W trzecim, teoretycznie możliwym przypad? I przyspieszenie nie pojawia się i porcja powietrza nie wykazuje tendencji do dalszoI pionowego przemieszczania się. Określone w ten sposób możliwości rozwoju ruchu11 nowego odpowiadają trzem podstawowym stanom równowagi - chwiejnej równowagi I w której występuje zdolność do rozwoju ruchów pionowych, stabilnej (stałej) równo! wagi, w której następuje hamowanie (tłumienie) ruchów pionowych i równowagi non. trainej (obojętnej), w której żadna z tych zdolności nie pojawia się.

Podstawowe znaczenie dla wyjaśnienia przyczyn kształtowania się stanów równowagi pionowej w atmosferze ma określenie warunków, w których powstają przyspieszenia ruchu pionowego. Samo powstanie ruchu - początkowe przemieszczenie porcji powietrza ku górze czy w dół - jest tu jakby przypadkowe i stanowi drugorzędną kwestą W atmosferze ciągle i z najróżniejszych przyczyn powstają malej bądź dużej skali pionowe ruchy porcji powietrza. Powietrze przemieszcza się ponad nierównościami terenu, kształtują się zawirowania z pionową składową ruchu, lokalnie ogrzane porcje powietrza unoszą się w górę, a chłodniejsze opadają, masy powietrzne w wyżach zwolna osiadają, w niżach - podnoszą się itd. Istotne jest to, czy te zainicjowane przemieszczenia | natrafią w atmosferze na warunki sprzyjające ich dalszemu rozwojowi czy nie. Atmosfe- | ra chwiejna, w której rozwijają się pionowe prądy powietrza, różni się zasadniczo od su- | bilnej atmosfery, tłumiącej te prądy. Chwiejność sprzyja m.in. powstawaniu chmur i opadów, wzmaga pionową wymianę ciepła, sprzyja rozcieńczaniu zanieczyszczeń itp-Stahilność równowagi kształtuje na ogół pogodę bezchmurną, ze słabym wiatrem pttf powierzchni ziemi, wzmaga koncentrację zanieczyszczeń powietrza itd.

Czynnikiem rozwoju pionowego ruchu porcji powietrza są różnice jego gęsiowi i gęstości powietrza, otaczającego tę porcję. Porcja o mniejszej gęstości porusza się ku górze „wypływa" w hardziej gęstym otoczeniu. Siła wyporu hydrostatycznego powoduje przyspieszenie ruchu wznoszącego. Odwrotnie gęściejsza od otoczenia porcja |«> wietrzą „tonie" w mniej gęstym otoczeniu; pojawia się przyspieszenie skierowane w dół, które hamuje I w końcu likwiduje ruch wznoszący.

Silu generująca tc przyspieszenia Jest proporcjonalna do różnicy gęstości i zarazem do różnicy temperatur między poruszającą się porcją powietrza I Jego otoczeniem; silu ta, działająca nu Jednostkę musy powietrzu określona jest wzorem

gdzie; pip'- odpowiednio gęstość porcji poruszającego się powietrza i gęstość otoczenia, g - przyspieszenie ziemskie.

Różnica gęstości p-p' jest funkcją różnicy temperaturT' -T

i P T'-T ^{p 9} RT T‘

gdzie; p - ciśnienie (równe w porcji powietrza i w otoczeniu), T\T'~ temperatura „    ■ •

powietrza i temperatura otoczenia, R - stała gazowa (Sedunow i in., 1991, s. |g\ ^rc^

WD6li«t ^----------------------n ”    «•“■»»»■ j tyuif/wmi..;, —

| |ein* wysokości. Zmienia się zarówno temperatura porcji poruszającego się po-f .ylctrza - zakładamy, że są to zmiany suchoadiabatyczne - jak i temperatura otoczenia I iej porcji, bowiem temperatura w atmosferze różnicuje się zwykle na różnych poziomach. Zmiany temperatury otoczenia określa pionowy profil temperatury, charak-teryzujący się określonym pionowym gradientem temperatury y. Przebieg tempc-j _ratury (tu: otoczenia) w funkcji wysokości wyraża wykres, zwany krzywą stratyfikacji termicznej. Natomiast przebieg temperatury wznoszącego się lub osiadającego powietrza, zgodnie z podanym założeniem, określa znana nam już adiabata sucha. Tak więc na wysokości Az temperatura otoczenia wynosi T'(Az) = T'-yAz, a temperatura poruszającej się porcji powietrza T(Az) = T- yja.

Temperatury Ti T na wysokości Az mogą więc się różnić w zależności od różnicy gradientu suchoadiabatycznego i gradientu, charakteryzującego profil temperatury otoczenia, nawet jeśli początkowo, na wysokości z,, temperatura badanej porcji powietrza i jej otoczenia były równe. Wypływa stąd ważny wniosek: o przyspieszeniu pionowych ruchów porcji suchego powietrza w atmosferze decyduje różnica między gradientem suchoadiabatycznym i gradientem, określającym stratyfikację termiczną atmosfery. Siła działająca na rozpatrywaną porcję powietrza jest proporcjonalna do tej różnicy

-y)Az

Znak - oznacza, że jeśli gradient y, > y, zwrot siły jest skierowany w dół zgodnie ze zwrotem przyspieszenia grawitacyjnego i porcja powietrza opada (jeśli oczywiście Az >

0, czyli rozpoczął się ruch wznoszący). Jeśli natomiast y, < y, silą skierowana jest ku górze, a porcja powietrza ulega przyspieszonemu ruchowi wznoszącemu,

Zauważmy, źc pionowy gradient temperatury w atmosferze określa w ten sposób stan równowagi pionowej atmosfery. Gradient większy od gradientu suchoadiabatycz-nego y„< y powoduje, źc ruchy pionowe porcji nienasyconego parą wodną powietrza (w górę I w dól) podlegają przyspieszeniu. Jest to równowaga chwiejna. Gradient mniejszy od gradientu suchoadiabatycznego y, >y powoduje, źe ruchy pionowe są tłumione wskutek pojawiającego się przyspieszenia o przeciwnym zwrocie. Odpowiada lo stanowi równowugl stałej. W trzecim wypadku, gdy y, « y, występuje równowaga neutralna, bowiem Al' « 0.

Analogiczne ustalenia dotyczą powietrza nasyconego parą wodną; w tych przypad-kuch o stanic równowagi decydują jednak różnice między gradientem temperatury w atmosferze i wartością gradientu pscudoadiabatyczncgo y_w.

Gdy y_a> y > y_w, równowaga jest stała dla powietrza suchego, ale chwiejna ■ dla wilgotnego. Stan taki jest nazywany równowagą chwiejną warunkową, tzn. że chwiej ilość wystąpi pod warunkiem nasycenia powietrza parą wodną. Nasycenie może nastąpił wskutek wzniesienia porcji powietrza ponad poziom kondensacji. Powyżej tego pozie mu wznoszące się nadal powietrze może oziębiać się wolniej, niż spada temperatur otoczenia i wówczas na pewnej wysokości ponad poziomem kondensacji stanie się dej lejsze od otoczenia. Taki przypadek chwiejności warunkowej nazywa się równowa) potencjalnie chwiejną. Przykład równowagi potencjalnie chwiejnej obrazuje dysku!