3.6 Ilmakehän lämpötilaprofiilin ymmärtäminen
3.6 Ilmakehän lämpötilaprofiilin ymmärtäminen
Nyt voimme alkaa ymmärtää troposfäärin tyypillisen lämpötilaprofiilin syitä. Ilmakehä on enimmäkseen läpinäkyvä saapuvalle auringon näkyvälle säteilylle, joten maapallon pinta lämpenee ja siten lämmittää ja kosteuttaa sen yläpuolella olevaa ilmaa. Tämä lämmin, kostea ilma nousee aluksi kuivana adiabaattisesti ja sitten kosteana adiabaattisesti, kun pilvi muodostuu. Erilaiset ilmamassat, joilla on erilainen historia ja erilaiset vesimäärät, sekoittuvat, ja tuloksena on tyypillinen troposfäärin lämpötilaprofiili, jonka lapse rate on (5-8) K km-1.
Jos ilmakehän lämpötilaprofiilit määräytyisivät vain ilmakehän kosteuden perusteella, kuivempien ilmamassojen lapse rate olisi enemmänkin kuivan adiabaattisen lapse rate -nopeuden kaltainen, jolloin odottaisimme, että taivaalla olisi vähemmän ja ohuempia pilviä. Kosteammilla ilmamassoilla lapse rate olisi lähempänä kosteaa adiabaattista lapse ratea, jolloin taivas olisi täynnä pilviä monilla korkeuksilla.
Mutta monet prosessit vaikuttavat ilman lämpötilaan eri korkeuksilla, kuten ilmapakettien sekoittuminen, joskus jopa stratosfääristä, sekä sade ja sateen haihtuminen. Maan pinnan, pilvien ja IR-säteilyä absorboivien kaasujen (eli vesihöyryn ja hiilidioksidin) välisellä infrapunasäteilyn vaihdolla on myös suuri merkitys ilmakehän lämpötilaprofiilin määräytymisessä, kuten osoitamme ilmakehän säteilyä käsittelevällä oppitunnilla.Tuloksena syntyvillä ilmakehän profiileilla voi olla paikallisia virtausnopeuksia, jotka voivat olla missä tahansa välillä pienemmät kuin kuiva adiabaattinen virtausnopeus ja suuremmat kuin kostea adiabaattinen virtausnopeus. Katso huolellisesti alla olevaa lämpötilaprofiilia. Näet todisteita monista näistä prosesseista, jotka yhdessä tekevät lämpötilaprofiilista sellaisen kuin se on.
Jos kaikki nämä profiilit keskiarvoistetaan koko vuoden ja koko maapallon ajalta, saadaan tyypillinen troposfäärin lämpötilaprofiili. Kansainvälisen siviili-ilmailujärjestön mukaan (Doc 7488-CD, 1993) tavanomaisen ilmakehän lämpötila on 15 oC pinnalla, virtausnopeus 6,5 oC km-1 0 km:stä 11 km:iin, virtausnopeus nolla 11 km:stä 20 km:iin ja virtausnopeus -1 oC km-1 20 km:stä 32 km:iin stratosfäärissä (eli lämpötila kasvaa korkeuden myötä). Vaikka tämä vakioprofiili edustaa hyvin globaalisti keskimääräistä profiilia, on epätodennäköistä, että tällaista lämpötilaprofiilia olisi koskaan nähty radiosondilla.
Yhdistämällä tietämys stabiilisuudesta yhdessä kosteiden prosessien tuntemuksen kanssa voimme ymmärtää pilvien käyttäytymistä ilmakehässä. Seuraavassa kuvassa Three-Mile Islandin ydinreaktorin jäähdytystornista vapautuneesta vesihöyrystä lähellä Harrisburgia, PA:ssa, näkyy, kuinka vesihöyry tiivistyy nopeasti pilveksi. Pilvi nousee ylöspäin, mutta saavuttaa sitten tason, jolla sen tiheys vastaa ympäröivän ilman tiheyttä. Tämän jälkeen pilvi lakkaa nousemasta ja alkaa levitä.
Leave a Reply