Атмосферная нестабильность
Атмосферная нестабильность - это состояние, при котором атмосфера Земли считается нестабильной , и в результате локальная погода сильно варьируется в расстоянии и времени. [ нужно разъяснения ] [ 1 ] Атмосферная нестабильность поощряет вертикальное движение, которое напрямую коррелирует с различными типами систем погоды и их тяжестью. Например, в нестабильных условиях, поднятый посылка воздуха найдет более прохладный и более плотный воздух, что делает посылку, склонным к дальнейшему восходу, в петле положительной обратной связи.
В метеорологии нестабильность может быть описана различными индексами, такими как объемный номер Ричардсона , поднятый индекс , K-индекс , конвективная доступная потенциальная энергия (CAPE) , ShowAlter и вертикальные итоги. Эти индексы, а также сама нестабильность атмосферы, включают изменения температуры через тропосферу с высотой или скоростью .
Эффекты атмосферной нестабильности в влажной атмосферах включают в себя развитие грозы , которое над теплыми океанами может привести к тропическому циклогенезу и турбулентности . В сухих атмосферах низкие миражи , пылевые дьяволы , паровые дьяволы и огненные водовороты могут образовываться . Стабильные атмосферы могут быть связаны с дождь , туман , повышенным загрязнением воздуха , отсутствием турбулентности и необычным формированием отверстий .
Формы
[ редактировать ]
Есть две основные формы атмосферной нестабильности. [ 2 ] При конвективной нестабильности тепловое смешивание посредством конвекции в форме повышения теплого воздуха приводит к развитию облаков и, возможно, осадков или конвективных штормов . Динамическая нестабильность вырабатывается через горизонтальное движение воздуха и физических сил, которые он подвергается таким, как сила кориолиса и градиент давления ; В результате динамическое подъем и смешивание производит облако, осадки и штормы часто в синоптическом масштабе .
Причина нестабильности
[ редактировать ]Независимо от того, имеет ли атмосфера стабильность, частично зависит от содержания влаги. В очень сухой тропосфере снижение температуры с высотой менее 9,8 ° C (17,6 ° F) на километровое восхождение указывает на стабильность, в то время как большие изменения указывают на нестабильность. Эта скорость прохождения известна как сухой адиабатическая скорость. [ 3 ] В полностью влажной тропосфере снижение температуры с высотой менее 6 ° C (11 ° F) на километр подъезд указывает на стабильность, в то время как большие изменения указывают на нестабильность. В диапазоне между 6 ° C (11 ° F) и 9,8 ° C (17,6 ° F) снижение температуры на километровое восхождение используется термин условно нестабильный.
Индексы, используемые для его определения
[ редактировать ]Поднятый индекс
[ редактировать ]Поднятый индекс (LI), обычно экспрессируемый в келвинах , представляет собой разницу температур между температурой среды TE (P) и воздушной посылкой, поднятой адиабатически TP (P) при заданной высоте давления в тропосфере, обычно 500 гПа ( MB ) Когда значение положительное, атмосфера (на соответствующей высоте) стабильная, а когда значение отрицательно, атмосфера нестабильна. Грозы ожидаются со значениями ниже -2, а суровая погода ожидается со значениями ниже -6. [ 4 ]
K Индекс
[ редактировать ]| K-индексное значение | Громовая вероятность |
|---|---|
| Менее 20 | Никто |
| От 20 до 25 | Изолированные грозы |
| 26–30 | Широко рассеянные грозы |
| 31-35 | Разбросанные грозы |
| Выше 35 | Многочисленные грозы [ 5 ] |
Индекс K получен арифметически: k-индекс = (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) до 500 гПа (18 000 футов (5500 м) над уровнем моря) используется для параметризации вертикальной температуры.
- Точка росы 850 гПа предоставляет информацию о содержании влаги в нижней атмосфере.
- Вертикальная протяженность влажного слоя представлена разницей температуры 700 гПа (10 000 футов (3000 м) над уровнем моря) и 700 гПа точки росы. [ 4 ]
Кейп и Кин
[ редактировать ]
Конвективная доступная потенциальная энергия (CAPE), [ 6 ] Иногда, просто доступная потенциальная энергия (APE), - это количество энергии, которое будет иметь посылку воздуха, если бы поднял определенное расстояние вертикально через атмосферу. Кейп фактически является положительной плавучестью воздушной посылки и является индикатором нестабильности атмосферы, что делает его ценным для прогнозирования суровой погоды. CIN, конвективное торможение , является эффективной негативной плавучестью, выраженной B- ; Противоположность конвективной доступной потенциальной энергии (CAPE) , которая выражается как B+ или просто B. Как и в случае с мысом, CIN обычно выражается в J/кг, но также может быть выражен как M 2 /с 2 , как значения эквивалентны. На самом деле, CIN иногда называют негативной плавучной энергией ( NBE ).
Это форма нестабильности жидкости, обнаруженная в термически стратифицированных атмосферах, в которых более холодная жидкость перекрывает более теплую. Когда воздушная масса нестабильна, элемент воздушной массы, которая смещается вверх, ускоряется из -за различия давления между перемещенным воздухом и окружающим воздухом на (более высокой) высоте, на которую он был вытеснен. Это обычно создает вертикально развитые облака от конвекции из -за растущего движения, что в конечном итоге может привести к грозам. Это также может быть создано в других явлениях, таких как холодный фронт. Даже если воздух прохладнее на поверхности, в среднем уровне все еще более теплый воздух, который может подняться в верхние уровни. Однако, если не хватает водяного пара, не существует возможности конденсации, таким образом, штормы, облака и дождь не будут образовываться.
Обваленное число Ричардсона
[ редактировать ]Основное число Ричардсона (BRN) представляет собой безразмерное число, связанное с вертикальной стабильностью и вертикальным сдвигом ветра (как правило, стабильность, деленная на сдвиг). Он представляет собой соотношение термически продуцированной турбулентности и турбулентности, генерируемой вертикальным сдвигом. Практически, его стоимость определяет, является ли конвекция свободной или принудительной. Высокие значения указывают на нестабильные и/или слабо сдвинутые 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 супертяновки .
ShowAlter Index
[ редактировать ]Индекс ShowAlter представляет собой безразмерное число, рассчитанное путем температуры на уровне 850 гПа, который затем поднимается сухой адиабатически до насыщения, а затем до уровня 500 гПа, который затем вычитается наблюдаемой температурой уровня 500 гПа. Если значение является отрицательным, то нижняя часть атмосферы нестабильна, с грозами ожидается, когда значение ниже -3. [ 7 ] Применение индекса ShowAlter особенно полезно, когда есть прохладная неглубокая воздушная масса ниже 850 гПа, которая скрывает потенциальную конвективную подъем. Тем не менее, индекс недооценит потенциальную конвективную подъему, если есть классные слои, которые простираются выше 850 гПа, и не рассматривает суточные радиационные изменения или влагу ниже 850 гПа. [ 8 ]
Эффекты
[ редактировать ]
Стабильная атмосфера
[ редактировать ]Стабильные условия, такие как ясная и спокойная ночь, заставляют загрязнители оказаться в ловушке вблизи уровня земли. [ 9 ] Морось происходит в влажной воздушной массе, когда она стабильна. Воздух внутри стабильного слоя не турбулентный. [ 10 ] Условия, связанные с морским слоем , стабильная атмосфера, распространенная на западной стороне континентов вблизи токов холодной воды, приводят к ночеву и утреннему туману. [ 11 ] Недобычные отверстия могут образовываться, когда граница низкого уровня, такая как холодный фронт или граница оттока, приближается к слою холодного стабильного воздуха. Приближающаяся граница создаст нарушение в атмосфере, создавая волноподобное движение, известное как гравитационная волна . Несмотря на то, что невысочные волны появляются как полосы облаков по всему небу, они представляют собой поперечные волны , и они продвигаются переносом энергии от встречного шторма и формируются гравитацией. Внешний вид этой волны описывается как нарушение в воде, когда галька падает в пруд или когда движущаяся лодка создает волны в окружающей воде. Объект вытесняет воду или среду, через которую проходит волна, а среда движется в восходящем движении. Однако из -за гравитации вода или среду тянутся обратно вниз, и повторение этого цикла создает поперечное волновое движение. [ 12 ]
Нестабильная атмосфера
[ редактировать ]
В пределах нестабильного слоя в тропосфере появится подъем воздушных посылок и продолжаться до тех пор, пока соседняя атмосфера остается нестабильной. После отмены глубины тропосферы (с конвекцией ограничивается относительно более теплым, более стабильным слоем стратосферы ) , глубокие конвективные токи приводят к развитию грозы, когда присутствует достаточное количество влаги. Над теплыми водами океана и в области тропосферы с легким вертикальным сдвигом ветра и значительным спином низкого уровня (или завихренности) такая активность грозы может расти в охвате и превратиться в тропический циклон . [ 13 ] На горячих поверхностях в теплые дни нестабильный сухой воздух может привести к значительному преломлению света в воздушном слое, что вызывает низкие чудоф . [ 14 ]
Когда ветры легкие, пылевые дьяволы могут развиваться в сухие дни в области нестабильности на уровне земли. [ 15 ] Небольшие, похожие на торнадо циркуляции могут происходить в отношении или рядом с любым интенсивным источником тепла поверхности, что будет иметь значительную нестабильность в его окрестностях. Те, которые встречаются вблизи интенсивных лесных пожаров , называются огненными вихрями, которые могут распространять огонь за его предыдущие границы. [ 16 ] Паровой дьявол - это вращающийся воспитание , включающее пар или дым . Они могут формироваться из дыма, выпускающего из электростанции дымовой трубы . Горячие источники и теплые озера также являются подходящими местами для образования парового дьявола, когда холодный арктический воздух проходит над относительно теплой водой. [ 15 ]
Смотрите также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Стабильность воздушного архивирования 9 февраля 2008 г., на машине Wayback
- ^ Объяснение стабильности/нестабильности атмосферы - Стив В. Вудруфф Архивировал 12 июня 2008 г., на машине Wayback
- ^ Джон Э. Оливер (2005). Энциклопедия мировой климатологии . Спрингер. п. 449. ISBN 978-1-4020-3264-6 .
- ^ Jump up to: а беременный Эдвард Агуадо и Джеймс Э. Берт (2007). Понимание погоды и климата . Пирсон Прентис Холл. С. 416–418. ISBN 978-0-13-149696-5 .
- ^ Национальная служба погоды, Детройт, Мичиган (2010-01-25). GloAssary: K. Архивировал 2012-11-30 в Wayback Machine штаб-квартире Национальной службы службы . Получено на 2011-02-24
- ^ MW Moncrieff; MJ Miller (1976). «Динамика и моделирование тропических линий кумулонимбуса и шквал» . QJR Meteorol. Соц 120 (432): 373–94. Bibcode : 1976qjrms.102..373m . doi : 10.1002/QJ.49710243208 . Архивировано из оригинала (аннотация) 2012-12-16.
- ^ Раттан К. Датта (1996). Достижения в области тропической метеорологии: метеорология и национальное развитие: Материалы Национального симпозиума Tropmet-93, организованного Индийским метеорологическим обществом в Нью-Дели с 17 по 19 марта 1993 года с темой «Метеорология и национальное развитие» . Концептуальная издательская компания. п. 347. ISBN 978-81-7022-532-4 .
- ^ «Национальная служба погоды NOAA - Глоссарий» . Ноаа.
- ^ Деннис А. Сноу (2003-01-01). Справочник инженера завода . Баттерворт-Хейнеманн. С. 28/8–28/10. ISBN 978-0-7506-4452-5 .
- ^ Фил Краучер (2004-03-01). JAR Профессиональные пилотные исследования . Lulu.com. С. 8–29. ISBN 978-0-9681928-2-5 .
- ^ Национальная служба погоды, Окснард, Калифорния (2012). «Климат Лос -Анджелеса» . Штаб -квартира Национальной службы службы погоды . Получено 2012-02-16 .
{{cite web}}: Cs1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Мартин Сетвак; Джохен Керкманн; Александр Джейкоб; Ханспетер Роэсли; Стефано Галлино и Даниэль Линдси (2007-03-19). «Отток от конвективного шторма, Мавритании и прилегающего Атлантического океана (13 августа 2006 г.)» (PDF) . Agenzia Regionale Per La Protezione Dell'ambiente Ligure. Архивировано из оригинала (PDF) 25 июля 2011 года . Получено 2009-07-03 .
- ^ Крис Ланси . "Как образуются тропические циклоны?" Полем Часто задаваемые вопросы: ураганы, тайфуны и тропические циклоны . Атлантическая океанографическая и метеорологическая лаборатория . Архивировано из оригинала на 2009-08-27 . Получено 2006-07-25 .
- ^ Майкл Воллмер (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 . S2CID 121672201 .
- ^ Jump up to: а беременный Дэвид МакВильямс Ладлум (1991-10-15). Национальное полевое поле Общества Одубона по погоде Северной Америки . Random House Digital, Inc., стр. 520–523. ISBN 978-0-679-40851-2 .
- ^ Стивен Дж. Пайн; Патриция Л. Эндрюс и Ричард Д. Лавен (1996-04-26). Введение в пожар в дикой природе . Тол. 86. Джон Уайли и сыновья. п. 77. Bibcode : 1997agfm ... 86..140u . doi : 10.1016/s0168-1923 (97) 00032-4 . ISBN 978-0-471-54913-0 .
{{cite book}}:|journal=игнорируется ( помощь )