3.6 Verständnis des Temperaturprofils der Atmosphäre

3.6 Verständnis des Temperaturprofils der Atmosphäre

Nun können wir beginnen, die Gründe für das typische Temperaturprofil der Troposphäre zu verstehen. Die Atmosphäre ist für die einfallende sichtbare Sonnenstrahlung größtenteils durchlässig, so dass sich die Erdoberfläche erwärmt und dadurch die Luft darüber erwärmt und befeuchtet wird. Diese warme, feuchte Luft steigt zunächst adiabatisch trocken und dann adiabatisch feucht auf, sobald sich eine Wolke bildet. Verschiedene Luftmassen mit unterschiedlicher Geschichte und unterschiedlichem Wassergehalt vermischen sich, und das Ergebnis ist ein typisches troposphärisches Temperaturprofil mit einer Stornorate von (5-8) K km-1.

Wenn die atmosphärischen Temperaturprofile nur durch die Luftfeuchtigkeit bestimmt würden, hätten trockenere Luftmassen Stornoraten, die eher der trockenen adiabatischen Stornorate entsprechen, und in diesem Fall würden wir erwarten, dass der Himmel weniger und dünnere Wolken hätte. Feuchtere Luftmassen hätten Stornoraten, die näher an der feuchten adiabatischen Stornorate liegen, was dazu führt, dass der Himmel in vielen Höhen mit Wolken gefüllt ist.

Aber viele Prozesse beeinflussen die Temperatur der Luft in verschiedenen Höhen, einschließlich der Vermischung von Luftpaketen, manchmal sogar aus der Stratosphäre, sowie Regen und Verdunstung von Regen. Der Austausch von Infrarotstrahlung zwischen der Erdoberfläche, den Wolken und den IR-absorbierenden Gasen (z. B. Wasserdampf und Kohlendioxid) spielt ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Bestimmung des Temperaturprofils der Atmosphäre, wie wir in der Lektion über atmosphärische Strahlung zeigen werden. Die sich daraus ergebenden atmosphärischen Profile können lokale Stornoraten aufweisen, die von weniger als der trockenen adiabatischen Stornorate bis zu mehr als der feuchten adiabatischen Stornorate reichen können. Sehen Sie sich das Temperaturprofil unten genau an. Sie werden Beweise für viele dieser Prozesse sehen, die das Temperaturprofil zu dem machen, was es ist.

Skew-T-Diagramm in Edmonton, AB, Kanada, am 28. April 2015 um 0000 UTC. Das Diagramm stammt aus öffentlichen NOAA-Daten.

Credit: NCAR

Wenn wir alle diese Profile über das ganze Jahr und über den ganzen Globus hinweg mitteln, können wir ein typisches troposphärisches Temperaturprofil erstellen. Nach Angaben der Internationalen Zivilluftfahrt-Organisation (Doc 7488-CD, 1993) hat die Standardatmosphäre eine Temperatur von 15 oC an der Oberfläche, eine Stornorate von 6,5 oC km-1 von 0 km bis 11 km, eine Nullstornorate von 11 km bis 20 km und eine Stornorate von -1 oC km-1 von 20 km bis 32 km in der Stratosphäre (d.h. die Temperatur nimmt mit der Höhe zu). Auch wenn dieses Standardprofil ein gutes Abbild eines global gemittelten Profils ist, ist es unwahrscheinlich, dass ein solches Temperaturprofil jemals mit einer Radiosonde gemessen wurde.

Die Kombination von Kenntnissen über die Stabilität mit dem Wissen über feuchte Prozesse ermöglicht es uns, das Verhalten von Wolken in der Atmosphäre zu verstehen. Das folgende Bild von Wasserdampf, der aus einem Kühlturm des Three-Mile-Island-Kernreaktors in der Nähe von Harrisburg, Pennsylvania, austritt, zeigt, wie der Wasserdampf schnell kondensiert und eine Wolke bildet. Die Wolke steigt auf, erreicht dann aber eine Höhe, bei der ihre Dichte der Dichte der Umgebungsluft entspricht. Die Wolke hört dann auf aufzusteigen und beginnt sich auszubreiten.

Die Wasserdampffahne steigt vom Kernkraftwerk Three Mile Island in der Nähe von Harrisburg, PA, auf. Die Pilzform ist auf das Temperaturprofil im untersten Teil der Troposphäre zurückzuführen.

Credit: W. Brune