Конвективная неустойчивость
В метеорологии конвективная неустойчивость или устойчивость воздушной массы относится к ее способности сопротивляться вертикальному движению. Стабильная атмосфера затрудняет вертикальное движение, а небольшие вертикальные возмущения затухают и исчезают. В нестабильной атмосфере вертикальные движения воздуха (например, при орографическом подъеме , когда воздушная масса смещается вверх, когда ее уносит ветер вверх по восходящему склону горного хребта), как правило, становятся больше, что приводит к турбулентному воздушному потоку и конвективной активности. Нестабильность может привести к значительной турбулентности, обширные вертикальные облака и суровые погодные условия , такие как грозы . [1]
Адиабатическое охлаждение и нагрев — это явления восходящего или нисходящего воздуха. Поднимающийся воздух расширяется и охлаждается из-за снижения атмосферного давления по мере увеличения высоты. Противоположное верно для нисходящего воздуха; при увеличении атмосферного давления температура нисходящего воздуха увеличивается по мере его сжатия. Для описания этого изменения температуры используются термины адиабатический нагрев и адиабатическое охлаждение.
Адиабатический градиент — это скорость, с которой температура восходящей или падающей воздушной массы снижается или увеличивается на расстояние вертикального смещения. Градиент окружающей среды или окружающей среды представляет собой изменение температуры (невытесняемого) воздуха на расстояние по вертикали. Неустойчивость возникает из-за разницы между адиабатическим градиентом воздушной массы и окружающим градиентом в атмосфере. [2]
Если адиабатический градиент меньше , чем окружающий градиент, воздушная масса, перемещаемая вверх, охлаждается медленнее, чем воздух, в котором она движется. Следовательно, такая воздушная масса становится более теплой по отношению к атмосфере. Поскольку более теплый воздух менее плотный, такая воздушная масса будет продолжать подниматься.
И наоборот, если адиабатический градиент больше , чем окружающий градиент, воздушная масса, перемещаемая вверх, охлаждается быстрее , чем воздух, в котором она движется. Следовательно, такая воздушная масса становится более прохладной по отношению к атмосфере. Поскольку более холодный воздух более плотный, подъем такой воздушной массы будет иметь тенденцию к сопротивлению.
Когда воздух поднимается вверх, влажный воздух охлаждается медленнее, чем сухой воздух. То есть при одном и том же вертикальном движении вверх и начальной температуре порция влажного воздуха будет теплее, чем порция сухого воздуха. Это происходит из-за конденсации водяного пара в воздушной посылке из-за расширения охлаждения. При конденсации водяного пара скрытая теплотавыпускается в воздух посылкой. Во влажном воздухе больше водяного пара, чем в сухом, поэтому при подъеме в пакет с влажным воздухом выделяется больше скрытого тепла. Сухой воздух не содержит столько водяного пара, поэтому сухой воздух охлаждается быстрее при вертикальном движении, чем влажный. В результате скрытой теплоты, которая выделяется при конденсации водяного пара, влажный воздух имеет относительно более низкую скорость адиабатического градиента, чем сухой воздух. Это делает влажный воздух в целом менее стабильным, чем сухой воздух (см. доступную конвективную потенциальную энергию [CAPE]). Сухой адиабатический градиент (для ненасыщенного воздуха) составляет 3 ° C (5,4 ° F) на 1000 футов по вертикали (300 м). Влажный адиабатический градиент колеблется от 1,1 до 2,8 ° C (от 2,0 до 5,0 ° F) на 1000 футов по вертикали (300 м).
