3.6 Forstå atmosfærens temperaturprofil

3.6 Forstå atmosfærens temperaturprofil

Nu kan vi begynde at forstå årsagerne til troposfærens typiske temperaturprofil. Atmosfæren er for det meste gennemsigtig for den indkommende synlige solstråling, så Jordens overflade opvarmes, og dermed opvarmes og fugtes luften over den. Denne varme, fugtige luft stiger først tørt adiabatisk op, og derefter fugtigt adiabatisk, når der dannes en sky. Forskellige luftmasser med forskellige historier og forskellige mængder vand blandes, og resultatet er en typisk troposfærisk temperaturprofil, der har en lapse rate på (5-8) K km-1.

Hvis atmosfæriske temperaturprofiler kun blev bestemt af atmosfærens fugtighed, ville tørrere luftmasser have lapse rates, der mere ligner den tørre adiabatiske lapse rate, og i så fald ville vi forvente, at himlen ville have færre og tyndere skyer. Fugtigere luftmasser ville have lapse rates, der ligger tættere på den fugtige adiabatiske lapse rate, hvilket ville resultere i en himmel fyldt med skyer i mange højder.

Men mange processer påvirker luftens temperatur i forskellige højder, herunder opblanding af luftpakker, nogle gange endda fra stratosfæren, og regn og fordampning af regn. Udveksling af infrarød stråling mellem jordens overflade, skyer og IR-absorberende gasser (dvs. vanddamp og kuldioxid) spiller også en stor rolle for bestemmelsen af atmosfærens temperaturprofil, som vi vil vise i lektionen om atmosfærisk stråling. de resulterende atmosfæriske profiler kan have lokale lapse rates, der kan være alt fra mindre end den tørre adiabatiske lapse rate til større end den fugtige adiabatiske lapse rate. Se nøje på nedenstående temperaturprofil. Du vil se tegn på, at mange af disse processer kombineres for at gøre temperaturprofilen til det, den er.

Skew-T-diagram ved Edmonton, AB, Canada, den 28. april 2015 kl. 0000 UTC. Diagram fra NOAA’s offentlige data.

Kredit: NCAR

Hvis vi beregner et gennemsnit af alle disse profiler over hele året og over hele kloden, kan vi komme frem til et typisk troposfærisk temperaturprofil. Ifølge Organisationen for International Civil Luftfart (Doc 7488-CD, 1993) har standardatmosfæren en temperatur på 15 oC ved overfladen, en lapse rate på 6,5 oC km-1 fra 0 km til 11 km, en lapse rate på nul fra 11 km til 20 km og en lapse rate på -1 oC km-1 fra 20 km til 32 km i stratosfæren (dvs. at temperaturen stiger med højden). Selv om denne standardprofil er en god repræsentation af en globalt gennemsnitlig profil, er det usandsynligt, at en sådan temperaturprofil nogensinde er set med en radiosonde.

Kombinationen af viden om stabilitet sammen med viden om fugtige processer gør det muligt for os at forstå skyers adfærd i atmosfæren. Det følgende billede af vanddamp, der er frigivet fra et køletårn på atomreaktoren Three-Mile Island nær Harrisburg, PA, viser, at vanddampen hurtigt kondenserer og danner en sky. Skyen stiger opad, men når derefter et niveau, hvor dens massefylde svarer til den omgivende lufts massefylde. Derefter stopper skyen med at stige op og begynder at sprede sig ud.

Vanddampfane, der stiger op fra Three-Mile Island-atomkraftværket nær Harrisburg, PA. Svampeformen skyldes temperaturprofilen i den nederste del af troposfæren.

Kredit: W. Brune