63663

l-

dT

A • g

dz

Cp

1 - n T

R T_r gdzie:

Vs ¹ 0,98 - gradient suchoadiabatyczny temperatury,

R - uniwersalna stała gazowa, n = cp/cv » 1,41

cv- ciepło właściwe powietrza przy stałej objętości, cp - ciepło właściwe powietrza przy stałym ciśnieniu, g - przyspieszenie ziemskie.

Wartość gradientu suchodiabatycznego ys ¹ 1¹/100 m oznacza, że na każde 100 m zmiany wysokości temperatura zmienia się o około 1¹. Największe zmiany ciśnienia w atmosferze występują w kierunku pionowym - zachodzi szybki spadek ciśnienia ze wzrostem wysokości nad powierzchnią Ziemi. Przy unoszeniu się powietrza w górę będzie więc następowało jego rozprężanie, a przy opadaniu - sprężanie. Wynika stąd, że przy ruchach wstępujących powietrza następuje jego ochładzanie, a przy ruchach opadających, zstępujących, zachodzi jego ogrzewanie adiabatyczne.

W przypadku powietrza nienasyconego zmiany temperatury z wysokością zachodzą zgodnie z gradientem suchoadiabatycznym, a więc powietrze ochładza się (przy unoszeniu) lub ogrzewa (przy opadaniu) o ok. 1¹C na każde 100 m.

Przy unoszeniu się powietrza nasyconego przebieg zmian temperatury powietrza jest trochę inny. W procesie ochładzania adiabatycznego następuje kondensacja pary wodnej (po przekroczeniu temperatury punktu rosy) i wyzwolenie utajonego ciepła kondensacji. Ciepło to (2500 J/g) zostaje zużyte na ogrzanie unoszącego się powietrza. W rezultacie temperatura maleje wolniej. Spadek temperatury odbywa się zgodnie z tzw. gradientem wilgotno adiabatycznym y w, który jest mniejszy od gradientu suchoadiabatycznego. Wartość tego gradientu jest zmienna w zależności od ciśnienia i temperatury. Przy najczęściej występujących wartościach ciśnienia i temperatury gradient ten wynosi yw = 0,6 do 0,8¹C/100 m. W powietrzu nasyconym, przy niskiej temperaturze (f < -20¹C) wartość y w zbliża się natomiast do wartości gradientu suchoadiabatycznego.

Przebieg zmian temperatury w powietrzu nasyconym (wilgotnym) przy opadaniu zależy także od tego, czy zawiera ono produkty kondensacji pary wodnej, jak np. kropelki wody lub kryształki lodu. Gdy brak jest produktów kondensacji, przy opadaniu powietrze ogrzewa się od razu z gradientem suchoadiabatycznym, a więc o ys ■ 1¹C/100 m. Jeżeli jednak w powietrzu znajdują się produkty kondensacji, to wzrost temperatury początkowo będzie miał charakter wilgotnoadiabatyczny. W miarę ogrzewania się powietrza powyżej temperatury punktu rosy kropelki wody lub kryształki lodu będą wyparowywały, zużywając znaczną ilość ciepła (~2500 kJAg). Proces ogrzewania będzie więc miał charakter wilgotno adiabatyczny dopóki nie wyparują wszystkie produkty kondensacji.

Często również przy unoszeniu się powietrza suchego, ale zawierającego parę wodną, proces ma charakter tylko częściowo suchoadiabatyczny. Na początku unoszenia, do pewnej wysokości nazywanej poziomem kondensacji, na którym osiągana jest temperatura punktu rosy, zachodzi proces suchoadiabatyczny - ochładzanie z gradientem ys. Powyżej tego poziomu wilgotność osiąga 100% i proces staje się wilgotnoadiabatyczny, zaś powietrze ochładza się z gradientem yw.

Spadek temperatury na różnych wysokościach może być wolniejszy lub szybszy od średniego. Mogą występować warstwy izotermkzne, tj. warstwy, w których temperatura jest stała, lub warstwy inwersyjne, w których temperatura rośnie zamiast spadać. Warstwy te mogą znajdować się na różnych wysokościach, zarówno w atmosferze swobodnej, jak i przy samej Ziemi. Grubość ich jest zwykle rzędu od kilkudziesięciu do kilkuset metrów. Mają one znaczenie, gdyż jako warstwy równowagi stałej hamują, a często uniemożliwiają rozwój konwekcji, a więc i związaną z nią wymianę ciepła i pary wodnej. Ze względu na sposób powstawania wyróżnia się kilka głównych rodzajów inwersji.

1

Inwersje radiacyjne (z wypromieniowania)

Inwersje te powstają, gdy na skutek wypromieniowania nastąpi silne ochłodzenie podłoża. Powoduje to również silne ochłodzenie przylegającej warstwy powietrza, podczas gdy powietrze zalegające wyżej pozostaje ciepłe. Inwersje tego rodzaju tworzą się zwykle nocą przy bezchmurnym niebie i słabym wietrze. Latem zanikają po wschodzie słońca. Zimą natomiast mogą utrzymać się przez kilka dni i mieć wyższy, pionowy zasięg. Inwersjom tym często towarzyszą mgły (tzw. mgły radiacyjne).