3.6 Zrozumienie profilu temperaturowego atmosfery

3.6 Zrozumienie profilu temperaturowego atmosfery

Teraz możemy zacząć rozumieć przyczyny typowego profilu temperaturowego troposfery. Atmosfera jest w większości przezroczysta dla przychodzącego widzialnego promieniowania słonecznego, więc powierzchnia Ziemi ogrzewa się, a tym samym ogrzewa i nawilża powietrze nad nią. To ciepłe, wilgotne powietrze początkowo wznosi się sucho adiabatycznie, a następnie wilgotno adiabatycznie po utworzeniu się chmury. Różne masy powietrza o różnej historii i różnej ilości wody mieszają się, a wynikiem tego jest typowy profil temperatury troposfery, który ma współczynnik zbiegu (5-8) K km-1.

Gdyby profile temperatury atmosferycznej były określane tylko przez wilgotność atmosferyczną, suchsze masy powietrza miałyby współczynniki zbiegu, które są bardziej podobne do suchego adiabatycznego współczynnika zbiegu, w którym to przypadku oczekiwalibyśmy, że niebo miałoby mniejszą liczbę cieńszych chmur. Wilgotniejsze masy powietrza miałyby współczynniki zbiegu, które są bliższe wilgotnemu współczynnikowi zbiegu adiabatycznego, co skutkowałoby niebem wypełnionym chmurami na wielu wysokościach.

Ale wiele procesów wpływa na temperaturę powietrza na różnych wysokościach, w tym mieszanie się paczek powietrza, czasami nawet ze stratosfery, oraz deszcz i parowanie deszczu. Wymiana promieniowania podczerwonego między powierzchnią Ziemi, chmurami i gazami pochłaniającymi promieniowanie podczerwone (tj. parą wodną i dwutlenkiem węgla) również odgrywa główną rolę w określaniu profilu temperatury atmosfery, jak pokażemy w lekcji o promieniowaniu atmosferycznym.Wynikowe profile atmosferyczne mogą mieć lokalne współczynniki klapsu, które mogą być wszędzie od mniejszego niż suchy współczynnik klapsu adiabatycznego do większego niż wilgotny współczynnik klapsu adiabatycznego. Przyjrzyj się uważnie poniższemu profilowi temperatury. Zobaczysz dowody wielu z tych procesów łączących się, aby profil temperatury był taki, jaki jest.

Krzywy wykres T w Edmonton, AB, Kanada, w dniu 28 kwietnia 2015 r. o godzinie 0000 UTC. Diagram from NOAA public data.

Credit: NCAR

Jeśli uśrednimy razem wszystkie te profile w ciągu całego roku i na całej kuli ziemskiej, możemy dojść do typowego profilu temperatury troposfery. Według Organizacji Międzynarodowego Lotnictwa Cywilnego (Doc 7488-CD, 1993), standardowa atmosfera ma temperaturę 15 oC na powierzchni, współczynnik zapadania 6.5 oC km-1 od 0 km do 11 km, zerowy współczynnik zapadania od 11 km do 20 km, oraz współczynnik zapadania -1 oC km-1 od 20 km do 32 km w stratosferze (tzn. temperatura wzrasta wraz z wysokością). Nawet jeśli ten standardowy profil jest dobrą reprezentacją profilu uśrednionego globalnie, jest mało prawdopodobne, że taki profil temperatury był kiedykolwiek widziany za pomocą radiosondy.

Połączenie wiedzy o stabilności wraz z wiedzą o procesach wilgotnych pozwala nam zrozumieć zachowanie chmur w atmosferze. Poniższe zdjęcie pary wodnej uwolnionej z wieży chłodniczej reaktora jądrowego Three-Mile Island w pobliżu Harrisburga, PA pokazuje parę wodną szybko kondensującą się i tworzącą chmurę. Chmura wznosi się, ale następnie osiąga poziom, na którym jej gęstość jest równa gęstości otaczającego powietrza. Następnie chmura przestaje się wznosić i zaczyna się rozchodzić.

Pióropusz pary wodnej unoszący się z elektrowni jądrowej Three-Mile Island w pobliżu Harrisburga, PA. Kształt grzyba wynika z profilu temperatury w najniższej części troposfery.

Credit: W. Brune

.