Föreläsning 2 – Vädrets makter

Föreläsning 2 –
Vädrets makter
Föreläsning 2
Hävning
Torradiabatiskt temperaturavtagande
Hydrostatisk balans
Skiktningen i atmosfären
Fuktadiabatiskt temperaturavtagande
Skiktningskurvor och hävningskurvor
Hävning: uppåtriktad rörelse av ett luftpaket
1.! Oordnad hävning: liten luftvolym, snabb process,
kort tidsperiod
2.! Ordnad hävning: stor luftvolym, relativt långsam rörelse,
ca 1 dygn
!"#$%&'()#*#"(+")%)'$,-+./#"0
!"#$%&$'()*%+%,
9/14/10
/ Namn Namn, Institution eller liknande
-..'/'0'-.'1/
Hävning: uppåtriktad rörelse av ett luftpaket
1.! Oordnad hävning: liten luftvolym, snabb process,
kort tidsperiod
2.! Ordnad hävning: stor luftvolym, relativt långsam rörelse,
ca 1 dygn
!"#$%&'()#*#"(+")%)'$,-+./#"0
!"#$%#&'()$*$+
,%"-&./01
2%..&./01
9/14/10
2%..&./01
/ Namn Namn, Institution eller liknande
34&5-&6&3444&5-
Adiabatisk temperaturändring:
Luftpaket = en begränsad luftmassa med homogen sammansättning
Termodynamikens första huvudsats:
Ändringen av energi i ett termodynamiskt system är
skillnaden mellan den tillförda värmen och det utförda
arbetet på omgivningen.
Energiändring = tillförd värme
- utfört arbete
Adiabatisk temperaturändring:
Adiabatisk = utan värmeutbyte med omgivningen
Energiändring = tillförd värme
- utfört arbete
Adiabatisk temperaturändring:
Adiabatisk = utan värmeutbyte med omgivningen
Energiändring = tillförd värme
Utfört arbete:
expansion
eller
- utfört arbete
kompression
Adiabatisk temperaturändring:
Adiabatisk = utan värmeutbyte med omgivningen
Energiändring = tillförd värme
- utfört arbete
Hydrostatisk balans
Fp
Två krafter verkar på ett luftpaket:
gravitationskraften (Fg = mg) och
tryckgradientkraften (Fp ).
Hydrostatisk balans råder vid balans
mellan dessa två krafter.
Fg = mg
Atmosfären som helhet befinner sig i hydrostatisk balans!
Hydrostatisk balans
Fp
Två krafter verkar på ett luftpaket:
gravitationskraften (Fg = mg) och
tryckgradientkraften (Fp ).
Hydrostatisk balans råder vid balans
mellan dessa två krafter.
Fg = mg
Om ett luftpaket rör sig adiabatiskt så kommer det
att befinna sig i hydrostatisk balans när
temperaturändringen med höjden är konstant med
värdet:
!T/!z = -g/Cp där g = 9.81 ms-2 och
Cp=1005 JKg-1K-1
!T/!z = -0.98oC/100m eller ungefär -1oC/100m
!"#$%$&'()*#+,-.$-/"#$%$&'()*#+-01'(*%#1*-/)*-21341*+2)*1$-%-1$-&%#1$5)63"$&7-89*"$7*+'-$"*-5)63"$&71$-%8*:&+-89*;<=+'-#1*>(+52?
--
!"#$%$&'()*#+,-.//.*,01**+2%+3+045,3.'(*%#.$,'16,0.67.*+0)*.$,'16,8)$(91$,+#,:;<2.$=,
>.67.*+0)*.$,6%$'(+*,6.2,?@A,7B,?CC,6.0.*=,D*+E(F,GHI!
"#$%&&'''()*+,*-*./0123451()60(-7&8/75&*9-0:65&;&<(",./!
Skiktning i atmosfären
Skiktningskurva = uppmätt temperaturavtagande
Hävningskurva = teoretisk (t.ex. -1oC/100m för torr luft)
"#$%&&'''()*+,*-*./0123451()60(-7&8/75&*9-0:65&;&<(",./!
A. Expansion
-> Volymen ökar. Arbete utförs av
paketet. Energi tas från paketet
-> Temperaturen sjunker!
9/14/10
A. Expansion
-> Volymen ökar. Arbete utförs av
paketet. Energi tas från paketet
-> Temperaturen sjunker!
9/14/10
B. Kompression
-> Volymen minskar. Arbete utförs på
paketet. Energi tillförs till paketet.
-> Temperaturen stiger!
9/14/10
B. Kompression
-> Volymen minskar. Arbete utförs på
paketet. Energi tillförs till paketet.
-> Temperaturen stiger!
9/14/10
Skiktning i atmosfären: Neutral
Neutral (indifferent):
temperaturen avtar med 1oC/100m
hydrostatisk balans råder.
=5*8+%!>?@!
"#$%&&'''()*+,*-*./0123451()60(-7&8/75&*9-0:65&;&<(",./!
Skiktning i atmosfären: Instabil
Luftpaketet blir successivt varmare än
omgivningen och därmed lättare
vilket gör att luftpaketet fortsätter att
stiga.
Om paketet hävs
Den omgivande
luftens temperatur
Luftpaketet
s
temperatur
Instabil (labil): om temperaturen avtar med mer än 1oC/
100m dominerar tryckgradientkraften och vid hävning
kommer luftpaketet att stiga. Vertikala rörelser gynnas.
"#$%&&'''()*+,*-*./0123451()60(-7&8/75&*9-0:65&;&<(",./!
Skiktning i atmosfären: Stabil
Om paketet hävs
Luftpaketet blir successivt kallare än
sin omgivning och därmed tyngre än
omgivande luft och därför strävar
paketet att sjunka tillbaka igen.
Luftpaketets
temperatur
Den omgivande
luftens temperatur
Stabil: om temperaturen avtar med mindre än 1oC/100m dominerar
gravitationskraften och därmed dämpas de vertikala rörelserna.
"#$%&&'''()*+,*-*./0123451()60(-7&8/75&*9-0:65&;&<(",./!
Skiktning i atmosfären: Stabil
Om paketet
sjunker
Luftpaketet blir successivt varmare
än sin omgivning och därmed lättare
än omgivande luft och därför strävar
paketet att åka tillbaka uppåt igen.
Luftpaketets
temperatur
Den omgivande
luftens temperatur
Stabil: om temperaturen avtar med mindre än 1oC/100m dominerar
gravitationskraften och därmed dämpas de vertikala rörelserna.
"#$%&&'''()*+,*-*./0123451()60(-7&8/75&*9-0:65&;&<(",./!
Skiktning i atmosfären
Instabil: gynnar vertikala rörelser
Stabil: dämpar vertikala rörelser
Neutral: balans mellan de vertikala krafterna
(tecken på ett väl omblandat skikt)
Isotermi och inversion
Isotermi = temperaturen konstant med höjden
Inversion = temperaturen ökar med höjden
(specialfall av mycket stabil skiktning,
hindrar så gott som alla vertikala rörelser)
Inversion och föroreningar
"#$%&&'''()*+,*-*./0123451()60(-7&8/75&*9-0:65&;&<(",./!
Rökplymer
Hävningsskurva
Skiktningskurva
B
A
C
D
1
E
2
3
4
5
Rökplymer
Fuktadiabatiskt
temperaturavtagande
Vid förångning av vattendroppar går det åt energi.
Vid kondensation frigörs energi.
Det fuktadiabatiska temperaturavtagandet är därför
MINDRE än det torradiabatiska.
Latent värme: Mått på energi som lagras/frigörs vid fasövergångar.
"#$%&&'''()*+,*-*./0123451()60(-7&8/75&*9-0:65&;&<(",./!
Fuktadiabatiskt
temperaturavtagande
Luftpakets
rörelse utan
nederbördsutfällning
Kondensationsnivå
a.! Luftpaketet följer det torradiabatiska temperaturavtagandet.
b.! Luftpaketet följer det fuktadiabatiska temperaturavtagandet.
Fuktadiabatiskt
temperaturavtagande
Luftpakets
rörelse utan
nederbördsutfällning
Kondensationsnivå
a.! Luftpaketet följer det torradiabatiska temperaturavtagandet.
b.! Luftpaketet följer det fuktadiabatiska temperaturavtagandet.
Skiktningskurvor och hävningskurvor
Skiktningskurva = uppmätt temperaturavtagande
Hävningskurva = teoretisk (t.ex. -1oC/100m, -0.6oC/100m)
2000
Höjd [m]
Villkorligt1500
instabil atmosfär
(torrstabil, fuktinstabil)
Absolut stabil atmosfär
1000
fuktadiabat
500
Absolut instabil atmosfär
torradiabat
0
2
4
6
8
Temperatur [oC]
10
12
Sammanfattning:
Adiabatisk: utan värmeutbyte med omgivningen
Torradiabatiskt temperaturavtagande: 10oC/km
Fuktadiabatiskt temperaturavtagande: mellan 3-10oC/km, gäller när luften är mättad.
Neutral (indifferent) skiktning: Balans mellan de vertikala krafterna
Stabil skiktning: dämpar vertikala rörelser. Temperaturavtagandet är mindre än det
adiabatiska temperaturavtagandet.
Instabil (labil) skiktning: gynnar vertikala rörelser. Temperaturavtagandet är större än det
adiabatiska temperaturavtagandet.