Сух адиабатен температурен градиент

Така че нека разгледаме въздушен пакет от ненаситен въздух, който се издига в околния въздух. Тъй като налягането на въздуха намалява с надморска височина, както е показано в главата за въздушното налягане, температурата във въздушния пакет намалява според общото уравнение на газа. И обратно, температурата във въздушния пакет се увеличава, когато падне, защото там се повишава въздушното налягане. Това показва тази анимация.

Колко температурата се променя по време на тези процеси е въпрос на температурния градиент (скорост на изтичане). С ненаситен въздух, т.е. без образуване на облаци, постоянна стойност от около 1 ° C на 100 m или 3 ° C на 1000 фута (точно 0,98 ° C/100 m). В този случай това е така наречената суха адиабатна скорост на изтичане (DALR).

Фиг.: Адиабатни градиенти (горе)
адиабатен лифт (отдолу)

Градиентът на сухата адиабатна температура се прилага за адиабатно-обратими, изентропични промени в състоянието, т.е. няма промяна във физическото състояние. Прилага се само за промени в надморската височина на въздушен пакет, докато относителната влажност остава под 100% процента, т.е. няма падане под точката на оросяване и следователно няма конденз. Следователно сухият издигащ се въздух винаги се охлажда с 1 ° C/100 m. И обратно, когато въздухът потъне, той се затопля със същата скорост, т.е. също с 1 ° C/100 m. Между другото, температурните градиенти се наричат без знак, така че човек говори напр. от 3 ° C понижение на температурата на 1000 фута.

Освен малки колебания, дължащи се на разлики в състава на въздуха, тази стойност е постоянна, така че повишаването или намаляването на температурата е линейно, както е показано на фигурата по-горе вляво. Ако знаете температурата на земята, можете лесно да изчислите температурата на различни височини. Това обаче работи само докато не се образуват облаци и не кондензира водна пара. Това съответства на предположенията за сухия адиабатичен процес, който освен външното подаване на топлина изключва и преходите между различни физични състояния.

Двете фигури вдясно показват сухо адиабатично изкачване на въздуха до 2000 m. След това, когато влажността е подходяща, се образува конденз и се образува облак. Тогава температурата намалява само с адиабатична стойност на влажността, докато въздухът се повишава допълнително. За да се опрости илюстрацията, в долната снимка трябва да се разглежда само сухоадиабатното издигане, въпреки образуването на облаци, видяно по-горе, т.е. няма промяна на масата и/или енергия през промяната на обема.

За повече информация вижте главата за нивото на кондензация.

Ако разгледаме по-нататък нашия пример за възходящ въздушен парцел, ще открием, че водната пара, съдържаща се във въздушния пакет, достига своето насищане от определена височина, започва да се кондензира и образува облак. Поради отделената топлина от конденз от 600 кал/г, нашият въздушен пакет ще се охлади по-малко с увеличаване на надморската височина. По този начин въздушният пакет се е променил във влажно адиабатично състояние. Тъй като въздушният пакет се повишава допълнително, водните пари постепенно ще се кондензират и получените водни капчици ще напуснат въздушния пакет като валежи. Поради добавената латентна топлина, намаляването на температурата с увеличаване на надморската височина е по-слабо изразено, отколкото в сухия адиабатен случай.

От друга страна, колкото по-студено става, толкова по-малко водни пари остават във въздушния пакет.