Adiabatyczne ochładzanie — poziom kondensacji i chmury
Wznoszące się powietrze rozpręża się i stygnie adiabatycznie o około 1°C na 100 m. Gdy osiągnie punkt rosy, para wodna zaczyna się skraplać — powstaje podstawa chmury (poziom kondensacji). Im wilgotniejsze powietrze, tym niżej leży ten poziom. Zmień temperaturę i wilgotność przy powierzchni i obserwuj wysokość podstawy chmur.
Dam Ci docelową wysokość podstawy chmur — dobierz temperaturę przy gruncie i wilgotność, by ją uzyskać. h ≈ 125·(T₀−T_d).
Co się właśnie stało?
Zwiększyłeś wilgotność powietrza. Punkt rosy podskoczył bliżej temperatury przy gruncie, niedosyt wysycenia zmalał — i porcja powietrza schłodziła się do punktu rosy na mniejszej wysokości. Podstawa chmur opadła.
Dlaczego wznoszące powietrze stygnie?
Ku górze ciśnienie maleje, więc porcja powietrza rozpręża się. Rozprężanie jest praktycznie adiabatyczne (bez wymiany ciepła z otoczeniem) — energia idzie na pracę rozprężania, a temperatura spada. Suchy gradient adiabatyczny to ok. na każde 100 m wzniesienia.
Poziom kondensacji (LCL):
Porcja stygnie, aż jej temperatura zrówna się z punktem rosy — para wodna zaczyna się skraplać i tworzy się chmura. Wysokość tej podstawy szacujemy z różnicy temperatur:
Im wilgotniejsze powietrze, tym bliżej , mniejszy niedosyt — i niżej podstawa chmur. Ponieważ wszystkie porcje kondensują na tej samej wysokości, chmury konwekcyjne (Cumulus) mają charakterystyczną płaską podstawę.
Niezmiennik — poniżej LCL nic się nie skrapla:
Dopóki temperatura porcji jest wyższa od punktu rosy, para wodna pozostaje niewidoczna — porcja jest przezroczysta. Chmura zaczyna się dokładnie na LCL i ani metra niżej.
Po co Ci to na maturze:
To sedno zadań o wietrze halnym (fenowym), inwersji i genezie chmur. Chwyt: policz spread , pomnóż przez ~125 m — masz wysokość podstawy chmur. Mniejszy spread ⇒ niższe chmury, mgła przy gruncie.
Zapamiętaj: wznoszące powietrze stygnie ~1°C/100 m; chmura powstaje na poziomie kondensacji, gdzie temperatura spada do punktu rosy — .
Teoria i wzory
Dlaczego powietrze stygnie w górę
Ku górze maleje ciśnienie, więc wznoszące się powietrze rozpręża się i wykonuje pracę, tracąc energię wewnętrzną. Stygnie adiabatycznie (bez wymiany ciepła z otoczeniem) o około 1°C na 100 m.
Poziom kondensacji
Gdy temperatura spadnie do punktu rosy , para wodna zaczyna się skraplać — tu leży podstawa chmury. Wysokość podstawy szacujemy z różnicy temperatury powierzchni i punktu rosy:
Rola wilgotności
Im wilgotniejsze powietrze, tym punkt rosy bliższy temperaturze powietrza — różnica jest mała, więc podstawa chmury leży nisko. Chmury mają płaską podstawę, bo kondensacja zaczyna się na jednej wysokości.
Oznaczenia: — wysokość podstawy chmury, — temperatura powietrza przy ziemi, — temperatura punktu rosy.
Uczysz? Umieść ten eksperyment na swojej stronie.
Darmowy widget — wklej na stronę szkoły, bloga lub notatki. Linkuje do pełnej wersji.
Najczęstsze pytania
›Dlaczego powietrze stygnie, wznosząc się?
Bo ku górze maleje ciśnienie — powietrze się rozpręża i wykonuje pracę, tracąc energię wewnętrzną (ochładzanie adiabatyczne), bez wymiany ciepła z otoczeniem.
›Co to punkt rosy?
Temperatura, do której trzeba ochłodzić powietrze, by para wodna zaczęła się skraplać (osiągnęła stan nasycenia).
›Czemu chmury mają płaską podstawę?
Bo kondensacja zaczyna się na jednej wysokości — poziomie kondensacji — wspólnej dla wznoszącego się powietrza o podobnych właściwościach.