Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Пыльный дьявол в Рамади , Ирак .

Атмосферная нестабильность - это состояние, при котором атмосфера Земли обычно считается нестабильной, и в результате погода подвержена высокой степени изменчивости в зависимости от расстояния и времени. [ требуется уточнение ] [1] Атмосферная стабильность - это мера тенденции атмосферы препятствовать или сдерживать вертикальное движение, а вертикальное движение напрямую связано с различными типами погодных систем и их серьезностью. В нестабильных условиях поднятый предмет, например, пакет с воздухом, будет теплее, чем окружающий воздух на высоте. Поскольку он более теплый, он менее плотный и склонен к дальнейшему восхождению.

В метеорологии нестабильность может быть описана различными индексами, такими как число Балка Ричардсона , повышенный индекс , K-индекс , конвективная доступная потенциальная энергия (CAPE) , Showalter и вертикальные итоги. Эти индексы, как и сама атмосферная нестабильность, включают изменения температуры в тропосфере с высотой или градиентной скоростью . Последствия атмосферной нестабильности во влажной атмосфере включают развитие гроз , которые над теплыми океанами могут привести к тропическому циклогенезу и турбулентности . В сухой атмосфере хужеМогут образовываться миражи , пыльные дьяволы , паровые дьяволы и огненные вихри . Стабильная атмосфера может быть связана с моросью , туманом , повышенным загрязнением воздуха , отсутствием турбулентности и образованием волнообразных отверстий .

Формы [ править ]

Грозовая туча в форме наковальни на зрелом этапе над ручьем Swifts Creek, Виктория.

Есть две основные формы атмосферной нестабильности: [2]

  • Конвективная нестабильность
  • Динамическая нестабильность (механика жидкости)

При конвективной неустойчивости тепловое перемешивание за счет конвекции в виде подъема теплого воздуха приводит к развитию облаков и, возможно, к осадкам или конвективным штормам . Динамическая неустойчивость производится через горизонтальное движение воздуха и физических сил , он подвергается воздействию таких как сила Кориолиса и давление градиента силы . Динамический подъем и перемешивание порождают облака, осадки и штормы, часто синоптического масштаба .

Причина нестабильности [ править ]

См. Также: Lapse rate

Стабильность атмосферы частично зависит от содержания влаги. В очень сухой тропосфере снижение температуры с высотой менее 9,8 ° C на километр подъема указывает на стабильность, в то время как большие изменения указывают на нестабильность. Этот градиент известен как сухой адиабатический градиент. [3] В полностью влажной тропосфере снижение температуры с высотой менее 6 ° C на километр подъема указывает на стабильность, в то время как большие изменения указывают на нестабильность. В диапазоне от 6С до 9,8С снижения температуры на километр подъема используется термин условно нестабильный.

Индексы, используемые для его определения [ править ]

См. Также: Массовое число Ричардсона , Конвективная доступная потенциальная энергия , К-индекс (метеорология) и Поднятый индекс.

Поднятый индекс [ править ]

Поднятый индекс (LI), обычно выражаемый в градусах Кельвина , представляет собой разницу температур между температурой окружающей среды Te (p) и адиабатически поднимаемой воздушной подушкой Tp (p) при заданной высоте давления в тропосфере, обычно 500 гПа ( мб ). Когда значение положительное, атмосфера (на соответствующей высоте) стабильна, а когда значение отрицательное, атмосфера нестабильна. Ожидаются грозы со значениями ниже −2, а суровые погодные условия - со значениями ниже −6. [4]

K Index [ править ]

Значение K-индексаВероятность грозы
Менее 20Никто
От 20 до 25Изолированные грозы
26–30Широко разрозненные грозы
31–35Рассеянные грозы
Выше 35Многочисленные грозы [5]

Индекс K рассчитывается арифметически: K-index = (температура 850 гПа - температура 500 гПа) + точка росы 850 гПа - депрессия точки росы 700 гПа

  • Разница температур между 850 гПа (5000 футов (1500 м) над уровнем моря) и 500 гПа (18000 футов (5500 м) над уровнем моря) используется для параметризации вертикального градиента температуры.
  • Точка росы 850 гПа дает информацию о влажности нижних слоев атмосферы.
  • Вертикальная протяженность влажного слоя представлена ​​разницей между температурой 700 гПа (3000 футов (3000 м) над уровнем моря) и точкой росы 700 гПа. [4]

КЕЙП и КИН [ править ]

Условия благоприятные для типов и комплексов гроз.

Конвективная доступная потенциальная энергия (CAPE), [6] иногда просто доступная потенциальная энергия (APE), представляет собой количество энергии, которое может иметь воздушная посылка, если ее поднять на определенное расстояние вертикально через атмосферу. CAPE фактически является положительной плавучестью воздушной посылки и является индикатором атмосферной нестабильности, что делает его ценным при прогнозировании суровой погоды. CIN, конвективное торможение , эффективно отрицательная плавучесть, выраженная B- ; противоположность конвективной доступной потенциальной энергии (CAPE) , которая выражается как B + или просто B. Как и в случае CAPE, CIN обычно выражается в Дж / кг, но может также выражаться как м 2 / с 2, поскольку значения эквивалентны. Фактически, CIN иногда называют отрицательной выталкивающей энергией ( NBE ).

Это форма нестабильности жидкости, обнаруживаемая в термически стратифицированной атмосфере, в которой более холодная жидкость перекрывает более теплую. Когда воздушная масса нестабильна, элемент воздушной массы, который перемещается вверх, ускоряется перепадом давления между вытесненным воздухом и окружающим воздухом на (большей) высоте, на которую он был перемещен. Обычно это создает вертикально развитые облака из-за конвекции из-за восходящего движения, которое в конечном итоге может привести к грозам. Это также может быть создано в другом явлении, например, в холодном фронте. Даже если на поверхности воздух прохладнее, на средних уровнях все еще есть более теплый воздух, который может подниматься на верхние уровни. Однако, если водяного пара недостаточно, конденсация невозможна, поэтому не образуются грозы, облака и дождь.

Bulk Richardson Number [ править ]

Число Балка Ричардсона (BRN) - это безразмерное число, связывающее вертикальную устойчивость и вертикальный сдвиг ветра (как правило, устойчивость, деленную на сдвиг). Он представляет собой соотношение турбулентности, вызванной термическим воздействием, и турбулентности, создаваемой вертикальным сдвигом. Практически от его величины зависит, свободная или принудительная конвекция . Высокие значения указывают на нестабильные и / или слабосдвиговые среды ; низкие значения указывают на слабую нестабильность и / или сильный вертикальный сдвиг. Как правило, значения в диапазоне от 10 до 45 предполагают условия окружающей среды, благоприятные для развития суперячейки .

Указатель Showalter [ править ]

Индекс Шоуолтера - это безразмерное число, вычисляемое путем взятия температуры на уровне 850 гПа, который затем измеряется адиабатически в сухом состоянии до насыщения, затем до уровня 500 гПа, который затем вычитается из наблюдаемого уровня температуры 500 гПа. Если значение отрицательное, то нижняя часть атмосферы нестабильна, и грозы ожидаются, когда значение ниже -3. [7] Применение индекса Шоуолтера особенно полезно при наличии прохладной мелкой воздушной массы ниже 850 гПа, которая скрывает потенциальный конвективный подъем. Однако индекс недооценивает потенциальный конвективный подъем, если есть холодные слои, которые простираются выше 850 гПа, и он не учитывает суточные радиационные изменения или влажность ниже 850 гПа. [8]

Эффекты [ править ]

Изображение волнообразной волны в стволе
См. Также: Пыльный дьявол , Мираж , Гроза и Волнообразное отверстие.

Стабильная атмосфера [ править ]

Стабильные условия, например, ясная и безветренная ночь, могут привести к попаданию загрязняющих веществ в ловушку на уровне земли. [9] Морось происходит внутри влажной воздушной массы, когда она стабильна. Воздух в стабильном слое не является турбулентным. [10] Условия, связанные с морским слоем , стабильной атмосферой, распространенной на западной стороне континентов вблизи течений холодной воды, приводят к ночным и утренним туманам. [11] Волнообразные отверстия могут образовываться, когда граница низкого уровня, такая как холодный фронт или граница оттока, приближается к слою холодного стабильного воздуха. Приближающаяся граница создаст возмущение в атмосфере, вызывающее волнообразное движение, известное как гравитационная волна.. Хотя волнообразные волны в стволе выглядят как полосы облаков по небу, они являются поперечными волнами , двигаются за счет передачи энергии от надвигающейся бури и формируются под действием силы тяжести. Волна, напоминающая рябь, описывается как возмущение в воде, когда в пруд падает галька или когда движущаяся лодка создает волны в окружающей воде. Объект вытесняет воду или среду, через которую проходит волна, и среда движется вверх. Однако из-за силы тяжести вода или среда тянутся вниз, и повторение этого цикла создает поперечное волновое движение. [12]

Неустойчивая атмосфера [ править ]

Мираж над горячей дорогой с появлением на ее поверхности "фальшивой воды"

В нестабильном слое тропосферы будет происходить подъем частиц воздуха, который будет продолжаться до тех пор, пока близлежащая атмосфера остается нестабильной. Как только происходит опрокидывание через глубину тропосферы (при этом конвекция ограничивается относительно более теплым и более стабильным слоем стратосферы ), глубокие конвективные потоки приводят к развитию грозы при наличии достаточного количества влаги. Над теплыми океанскими водами и в пределах области тропосферы с легким вертикальным сдвигом ветра и значительным вращением на низком уровне (или завихренностью) такая грозовая активность может увеличиваться в охвате и развиваться в тропический циклон . [13] Над горячими поверхностями в теплые дни нестабильный сухой воздух может привести к значительному преломлению света в воздушном слое, что приведет к появлению нижних миражей . [14]

При слабом ветре в засушливые дни в зоне нестабильности на уровне земли могут развиваться пылевые дьяволы. [15] Мелкомасштабные, похожие на торнадо циркуляции могут происходить над или вблизи любого интенсивного поверхностного источника тепла, который будет иметь значительную нестабильность в непосредственной близости от него. Те, что возникают рядом с сильными лесными пожарами , называются огненными вихрями, которые могут распространять огонь за пределы его прежних границ. [16] Паровой дьявол - это вращающийся восходящий поток, который включает пар или дым . Они могут образовываться из дыма, выходящего из дымовой трубы электростанции . Горячие источникии теплые озера также являются подходящими местами для образования парового дьявола, когда холодный арктический воздух проходит над относительно теплой водой. [15]

См. Также [ править ]

  • Атмосферная термодинамика
  • Плавучесть
  • Стабильная и нестабильная стратификация

Ссылки [ править ]

  1. ^ Устойчивость воздух Архивированных 9 февраля 2008, в Wayback Machine
  2. ↑ Объяснение атмосферной стабильности / нестабильности - Стив В. Вудрафф. Архивировано 12 июня 2008 г. в Wayback Machine.
  3. ^ Джон Э. Оливер (2005). Энциклопедия мировой климатологии . Springer. п. 449. ISBN. 978-1-4020-3264-6.
  4. ^ a b Эдвард Агуадо и Джеймс Э. Берт (2007). Понимание погоды и климата . Пирсон Прентис Холл. С. 416–418. ISBN 978-0-13-149696-5.
  5. ^ Национальное бюро прогнозов погоды, Детройт, Мичиган (25 января 2010 г.). Gloassary: К. архивации 2012-11-30 в Вайбак машины Национальной метеорологической службы Центрального штаба региона. Проверено 24 февраля 2011 г.
  6. ^ MW Moncrieff; MJ Миллер (1976). «Динамика и моделирование тропических кучево-дождевых облаков и линий шквала» . QJR Meteorol. Soc . 120 (432): 373–94. Bibcode : 1976QJRMS.102..373M . DOI : 10.1002 / qj.49710243208 . Архивировано из оригинала (абстрактном) на 2012-12-16.
  7. Перейти ↑ Rattan K. Datta (1996). Достижения в тропической метеорологии: метеорология и национальное развитие: материалы национального симпозиума TROPMET-93, организованного Индийским метеорологическим обществом в Нью-Дели 17-19 марта 1993 г. на тему «Метеорология и национальное развитие» . Концепт издательской компании. п. 347. ISBN 978-81-7022-532-4.
  8. ^ «Национальная служба погоды NOAA - Глоссарий» . NOAA.
  9. ^ Деннис А. Сноу (2003-01-01). Справочник инженера завода . Баттерворт-Хайнеманн. С. 28 / 8–28 / 10. ISBN 978-0-7506-4452-5.
  10. ^ Фил Краучер (2004-03-01). Jar профессиональные пилотные исследования . Lulu.com. С. 8–29. ISBN 978-0-9681928-2-5.
  11. ^ Национальное бюро метеорологической службы, Окснард, Калифорния (2012). «Климат Лос-Анджелеса» . Штаб-квартира Национальной метеорологической службы в Западном регионе . Проверено 16 февраля 2012 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  12. ^ Мартин Сетвак; Йохен Керкманн; Александр Яков; HansPeter Roesli; Стефано Галлино и Даниэль Линдси (19 марта 2007 г.). «Излияние конвективного шторма в Мавритании и прилегающем Атлантическом океане (13 августа 2006 г.)» (PDF) . Региональное агентство по защите окружающей среды в Амбиенте Лигуре. Архивировано из оригинального (PDF) 25 июля 2011 года . Проверено 3 июля 2009 .
  13. ^ Крис Ландси . "Как образуются тропические циклоны?" . Часто задаваемые вопросы: ураганы, тайфуны и тропические циклоны . Атлантическая океанографическая и метеорологическая лаборатория . Архивировано из оригинала на 2009-08-27 . Проверено 25 июля 2006 .
  14. ^ Майкл Фоллмер (март 2009 г.). «Зеркала в воздухе: миражи в природе и в лаборатории». Физическое образование . 44 (2): 167. Bibcode : 2009PhyEd..44..165V . DOI : 10.1088 / 0031-9120 / 44/2/008 .
  15. ^ а б Дэвид Мак-Вильямс Ладлам (1991-10-15). Полевой справочник Национального общества Одюбона по погоде в Северной Америке . Random House Digital, Inc., стр. 520–523. ISBN 978-0-679-40851-2.
  16. ^ Стивен Дж. Пайн; Патрисия Л. Эндрюс и Ричард Д. Лавен (26 апреля 1996 г.). Введение в лесной пожар . Сельскохозяйственная и лесная метеорология . 86 . Джон Вили и сыновья. п. 77. Bibcode : 1997AgFM ... 86..140U . DOI : 10.1016 / S0168-1923 (97) 00032-4 . ISBN 978-0-471-54913-0.