Атмосфералық тұрақсыздық - Atmospheric instability

Шаң шайтан Рамади, Ирак.

Атмосфералық тұрақсыздық деген шарт Жер атмосферасы әдетте болып саналады тұрақсыз және нәтижесінде ауа-райы қашықтық пен уақыт арқылы жоғары өзгергіштік дәрежесіне ұшырайды.[түсіндіру қажет ][1] Атмосфералық тұрақтылық - бұл атмосфераның тік қозғалысты тежеуге немесе тежеуге бейімділігінің өлшемі, ал тік қозғалыс ауа райының әр түрлі типтерімен және олардың ауырлығымен тікелей байланысты. Тұрақсыз жағдайда көтерілген нәрсе, мысалы ауа парағы биіктікте қоршаған ауаға қарағанда жылы болады. Ол жылы болғандықтан, тығыздығы төмен және әрі қарай көтерілуге ​​бейім.

Жылы метеорология, тұрақсыздықты әр түрлі индекстермен сипаттауға болады Жаппай Ричардсон нөмірі, көтерілген индекс, K индексі, конвективті қол жетімді қуат (CAPE), Showalter және Vertical барлығы. Бұл индекстер, сондай-ақ атмосфералық тұрақсыздықтың өзіне жатады температура арқылы өзгереді тропосфера биіктігімен немесе жылдамдық. Ылғалды атмосферадағы атмосфералық тұрақсыздықтың әсеріне жатады найзағай жылы мұхиттарға әкелуі мүмкін даму тропикалық циклогенез, және турбуленттілік. Құрғақ атмосферада, төмен сарымсақ, шаң шайтан, бу шайтандар және өрт бұрылыстары қалыптастыра алады. Тұрақты атмосфераны байланыстыруға болады жаңбыр жауады, тұман, өсті ауаның ластануы, турбуленттіліктің болмауы және қарапайым бұрғылау қалыптастыру.

Пішіндер

Жабу пішінді найзағай жетілген сатысында Свифтс Крик, Виктория

Атмосфералық тұрақсыздықтың екі негізгі формасы бар:[2]

Астында конвективті тұрақсыздық арқылы жылу араластыру конвекция жылы ауаның көтерілуі түрінде дамуына әкеледі бұлттар және мүмкін атмосфералық жауын-шашын немесе конвективті дауылдар. Динамикалық тұрақсыздық ауаның көлденең қозғалысы және оған әсер ететін физикалық күштер арқылы пайда болады Кориолис күші және қысым градиент күші. Динамикалық көтеру және араластыру көбінесе бұлтты, жауын-шашын мен дауылды тудырады синоптикалық шкала.

Тұрақсыздықтың себебі

Атмосфераның тұрақтылығы немесе болмауы ішінара ылғалдылыққа байланысты. Өте құрғақ тропосферада температураның төмендеуі биіктігі 9,8С-тан аспайтын километрге көтерілу тұрақтылықты, ал үлкен өзгерістер тұрақсыздықты көрсетеді. Бұл жылдамдық құрғақ адиабатикалық жылдамдық деп аталады.[3] Толығымен ылғалды тропосферада биіктігі бір километрге көтерілгенде 6С-ден төмен температураның төмендеуі тұрақтылықты, ал үлкен өзгерістер тұрақсыздықты көрсетеді. Бір километрге көтерілу кезінде температураның төмендеуі 6С мен 9,8С аралығында, шартты түрде тұрақсыз деген термин қолданылады.

Оны анықтау үшін қолданылатын көрсеткіштер

Көтерілген индекс

Көтерілген индекс (LI), әдетте кельвиндер, бұл қоршаған орта температурасы арасындағы температура айырмашылығы Te (p) және көтерілген ауа парцелясы адиабатикалық түрде Tp (p) тропосферадағы қысымның берілген биіктігінде, әдетте 500 hPa (mb ). Мән оң болған кезде атмосфера (тиісті биіктікте) тұрақты, ал мән теріс болған кезде атмосфера тұрақсыз болады. Найзағай values2, және төмен мәндермен күтіледі қатты ауа-райы −6 төмен мәндермен күтіледі.[4]

K индексі

Индекс мәніНайзағай ықтималдығы
20-дан азЖоқ
20-дан 25-ке дейінНөсер немесе найзағай
26-дан 30-ға дейінНайзағай
31-ден 35-ке дейінНөсер найзағай
35-тен жоғарыКөптеген найзағайлар[5]

K индексі арифметикалық түрде шығарылады: K-индексі = (850 гПа температура - 500 гПа температура) + 850 гПа шық нүктесі - 700 гПа шық нүктесінің депрессиясы

  • 850 гПа (теңіз деңгейінен 5000 фут (1500 м)) мен 500 гПа (теңіз деңгейінен 18000 фут (5500 м)) арасындағы температура айырмасы вертикальды температураның жылдамдығын өлшеу үшін қолданылады.
  • 850 гПа шық нүктесі атмосфераның төменгі қабатының ылғалдылығы туралы ақпарат береді.
  • Ылғал қабаттың тік мөлшері 700 гПа температураның (теңіз деңгейінен 10000 фут (3000 м)) және 700 гПа шық нүктесінің айырмашылығымен көрінеді.[4]

CAPE және CIN

Найзағай түрлері мен кешендері үшін қолайлы жағдайлар

Конвективті қол жетімді қуат (CAPE),[6] кейде, жай, қол жетімді қуат (APE) - бұл энергия атмосфера арқылы тігінен белгілі бір қашықтықты көтерген жағдайда ауа парағы болар еді. CAPE тиімді болып табылады көтеру күші бұл ауа-райының сәлемдемесі және бұл атмосфералық тұрақсыздықтың көрсеткіші, оны ауа-райының ауыр болуын болжауда маңызды етеді. CIN, конвективті тежелу, тиімді жағымсыздық болып табылады B-; қарама-қарсы конвективті қол жетімді қуат (CAPE), ол B + немесе жай B түрінде белгіленеді, CAPE сияқты, CIN әдетте J / кг-да көрсетіледі, бірақ m түрінде де көрсетілуі мүмкін2/ с2, мәндер эквивалентті болғандықтан. Іс жүзінде кейде CIN деп аталады теріс көтергіш энергия (NBE).

Бұл термиялық қабатты атмосферада кездесетін сұйық тұрақсыздықтың бір түрі, мұнда суық сұйықтық жылыға асып түседі. Ауа массасы тұрақсыз болған кезде, ауа массасының жоғарыға ығыстырылған элементі, ол ығыстырылған (жоғары) биіктіктегі ығыстырылған ауа мен қоршаған ауа арасындағы қысым дифференциалымен үдетіледі. Әдетте бұл конвекциядан тігінен дамыған бұлттарды тудырады, бұл қозғалыстың жоғарылауына байланысты, бұл найзағайға әкелуі мүмкін. Оны басқа құбылыстарда да жасауға болады, мысалы, суық фронт. Ауа бетінде салқын болса да, орта деңгейлерде жоғары деңгейлерге көтерілуі мүмкін жылы ауа бар. Алайда, егер су буы жеткіліксіз болса, онда конденсацияға қабілет жоқ, сондықтан дауыл, бұлт және жаңбыр пайда болмайды.

Жаппай Ричардсон нөмірі

Көлемді Ричардсон нөмірі (BRN) - бұл тік тұрақтылық пен желдің қайшысына қатысты өлшемсіз сан (жалпы, тұрақтылықты ығысуға бөлу). Ол термиялық өндірілген турбуленттілік пен тік ығысу кезінде пайда болған турбуленттіліктің арақатынасын білдіреді. Іс жүзінде оның мәні анықтайды конвекция тегін немесе мәжбүрлі. Жоғары мәндер тұрақсыз және / немесе әлсіз қырқылғандығын көрсетеді қоршаған орта; төмен мәндер әлсіз тұрақсыздықты және / немесе күшті ығысуды көрсетеді. Әдетте, шамамен 10-нан 45-ке дейінгі мәндер қоршаған ортаға қолайлы жағдайларды ұсынады суперцелл даму..

Showalter индексі

Шоуалтер индексі - температураны 850 гПа деңгейінде өлшеу арқылы есептелетін өлшемсіз сан, содан кейін оны қаныққанға дейін адиабаталық құрғақтыққа дейін, содан кейін 500 гПа деңгейіне дейін құрғатады, содан кейін оны 500 гПа деңгейінің бақыланатын температурасы алып тастайды. Егер мән теріс болса, онда атмосфераның төменгі бөлігі тұрақсыз болады, егер шамасы below3 төмен болғанда найзағай болады.[7] Шоалтер индексін қолдану әсіресе конвективті көтеруді жасыратын 850 гПа-дан төмен салқын, таяз ауа массасы болған кезде пайдалы. Алайда индекс ықтимал конвективті көтеруді бағаламайды, егер 850 гПа-дан жоғары салқын қабаттар болса және ол қарастырылмаса тәуліктік радиациялық өзгерістер немесе ылғал 850 гПа-дан төмен.[8]

Әсер

Кескіні қарапайым бұрғылау толқын

Тұрақты атмосфера

Таза және тыныш түн сияқты тұрақты жағдайлар ластаушы заттарды жер деңгейінде ұстауға мәжбүр етеді.[9] Жауын-шашын тұрақты болған кезде ылғалды ауа массасында пайда болады. Тұрақты қабаттағы ауа турбулентті емес.[10] А байланысты шарттар теңіз қабаты, континенттердің батыс жағында суық ағындарға жақын тұрақты атмосфера түнгі және таңертеңгі тұманға алып келеді.[11] Әдеттегі емес тесіктер сияқты төменгі деңгей шекарасы қалыптасуы мүмкін суық фронт немесе шығыс шекарасы суық, тұрақты ауа қабатына жақындайды. Жақындаған шекара атмосферада толқын тәрізді қозғалыс тудыратын бұзылуды тудырады, а гравитациялық толқын. Қарапайым саңылаулар толқындар аспандағы бұлттардың қатарында пайда болғанымен, олар бар көлденең толқындар, және келе жатқан дауылдан энергияның берілуімен қозғалады және ауырлық күшімен қалыптасады. Бұл толқынның пайда болуы тәрізді толқыншық тасқа тоғанға түскен кезде немесе қозғалатын қайық қоршаған суда толқындар тудырғанда судағы бұзылулар ретінде сипатталады. Нысан суды ығыстырады немесе орташа толқын өтіп, орта жоғары қарай қозғалады. Алайда, ауырлық күші әсерінен су немесе орта кері қарай тартылады және осы циклдың қайталануы көлденең толқын қозғалысын тудырады.[12]

Тұрақсыз атмосфера

Ыстық жол үстіндегі мираж, оның бетінде «жалған су» пайда болады

Тропосферадағы тұрақсыз қабат ішінде ауа посылкаларын көтеру жүреді және жақын маңдағы атмосфера тұрақсыз болғанша жалғасады. Тропосфераның тереңдігі төңкеріліп болғаннан кейін (конвекцияны салыстырмалы түрде жылы, тұрақты қабат жабады) стратосфера ), терең конвективті ағындар жеткілікті ылғал болған кезде найзағайдың дамуына әкеледі. Жылы мұхит суларының үстінде және тігінен жарықпен тропосфера аймағында жел қайшы және төменгі деңгейдегі айналдыру (немесе құйындылық), мұндай найзағай белсенділігі қамту кезінде өсіп, а дами алады тропикалық циклон.[13] Жылы күндері ыстық беттерде тұрақсыз құрғақ ауа ауа қабатындағы жарықтың едәуір сынуына әкелуі мүмкін, бұл төменгі деңгейге әкеледі сарымсақ.[14]

Жел жеңіл болған кезде шаңды шайтандар құрғақ күндері жер деңгейінде тұрақсыздық аймағында дами алады.[15] Шағын масштабтағы, торнадо тәрізді айналымдар кез-келген қатты жер үсті жылу көзінің жанында немесе жанында болуы мүмкін, бұл оның маңында айтарлықтай тұрақсыздыққа әкеледі. Жақын жерде пайда болатындар дала өрттері өртті бұрыңғы шегінен асыра алатын өрт бұралаңы деп аталады.[16] Бу шайтан - бұл айналмалы жаңарту қамтиды бу немесе түтін. Олар а-дан шыққан түтіннен пайда болуы мүмкін электр станциясы түтін мұржасы. Ыстық көктемдер және жылы көлдер де суық арктикалық ауа салыстырмалы түрде жылы судың үстінен өткен кезде бу жынының пайда болуына қолайлы жерлер.[15]

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Ауаның тұрақтылығы Мұрағатталды 9 ақпан, 2008 ж Wayback Machine
  2. ^ Атмосфералық тұрақтылықты / тұрақсыздықты түсіндіру - Стив В.Вудраф Мұрағатталды 12 маусым 2008 ж., Сағ Wayback Machine
  3. ^ Джон Э.Оливер (2005). Әлемдік климатология энциклопедиясы. Спрингер. б. 449. ISBN  978-1-4020-3264-6.
  4. ^ а б Эдвард Агуадо және Джеймс Э.Бурт (2007). Ауа-райы мен климатты түсіну. Pearson Prentice Hall. 416-418 бет. ISBN  978-0-13-149696-5.
  5. ^ Детройт, Мичиган штатындағы ұлттық ауа-райы қызметінің болжам бюросы (2010-01-25). Глоссарий: Қ. Мұрағатталды 2012-11-30 сағ Wayback Machine Ұлттық ауа-райы қызметі орталық аймақтық штаб. 2011-02-24 алынған
  6. ^ М.В.Монкриеф; М.Дж. Миллер (1976). «Тропикалық кумулонимб және динамикалық сызықтардың динамикасы және имитациясы». Q. J. R. Meteorol. Soc. 120 (432): 373–94. Бибкод:1976QJRMS.102..373M. дои:10.1002 / qj.49710243208. Архивтелген түпнұсқа (реферат) 2012-12-16.
  7. ^ Датта Раттан (1996). Тропикалық метеорологиядағы жетістіктер: метеорология және ұлттық даму: «метеорология және ұлттық даму» тақырыбымен 1993 жылғы 17-19 наурыз аралығында Нью-Делиде Үнді метеорологиялық қоғамы ұйымдастырған TROPMET-93 ұлттық симпозиумының жұмысы.. Concept Publishing Company. б. 347. ISBN  978-81-7022-532-4.
  8. ^ «NOAA ұлттық ауа райы қызметі - сөздік». NOAA.
  9. ^ Деннис А. Сноу (2003-01-01). Зауыт инженері туралы анықтама. Баттеруорт-Хейнеманн. 28 / 8-28 / 10 бет. ISBN  978-0-7506-4452-5.
  10. ^ Фил Крочер (2004-03-01). Құмыраны кәсіби ұшқышпен зерттеу. Lulu.com. 8–29 бет. ISBN  978-0-9681928-2-5.
  11. ^ Ұлттық ауа-райы қызметі кеңсесі, Окснард, Калифорния (2012). «Лос-Анджелестің климаты». Ұлттық ауа райы қызметі Батыс аймақтағы штаб. Алынған 2012-02-16.CS1 maint: бірнеше есімдер: авторлар тізімі (сілтеме)
  12. ^ Мартин Сетвак; Йохен Керкманн; Александр Якоб; HansPeter Roesli; Стефано Галлино және Даниэль Линдси (2007-03-19). «Конвективті дауылдан, Мавританиядан және оған жақын орналасқан Атлант мұхитынан шығу (2006 ж. 13 тамызы)» (PDF). Agenzia Regionale per la Protezione dell'Ambiente Ligure. Архивтелген түпнұсқа (PDF) 2011 жылғы 25 шілдеде. Алынған 2009-07-03.
  13. ^ Крис Лэндси. «Тропикалық циклондар қалай пайда болады?». Жиі қойылатын сұрақтар: дауыл, тайфун және тропикалық циклондар. Атлант мұхиттық-метеорологиялық зертханасы. Архивтелген түпнұсқа 2009-08-27. Алынған 2006-07-25.
  14. ^ Майкл Волммер (наурыз 2009). «Ауадағы айналар: табиғаттағы және зертханадағы мираждар». Физика білімі. 44 (2): 167. Бибкод:2009PhyEd..44..165V. дои:10.1088/0031-9120/44/2/008.
  15. ^ а б Дэвид МакУильямс Людлюм (1991-10-15). Ұлттық Аудубон қоғамы Солтүстік Американың ауа-райы туралы далалық нұсқаулық. Random House Digital, Inc. 520–523 беттер. ISBN  978-0-679-40851-2.
  16. ^ Стивен Дж. Пайн; Патриция Л. Эндрюс және Ричард Д. Лавен (1996-04-26). Дала алқаптарындағы өрттермен танысу. Ауыл шаруашылығы және орман метеорологиясы. 86. Джон Вили және ұлдары. б. 77. Бибкод:1997AgFM ... 86..140U. дои:10.1016 / S0168-1923 (97) 00032-4. ISBN  978-0-471-54913-0.