Adiabatisk lapse rate
Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Den adiabatiske lapse raten angir hvor mye temperaturen i atmosfæren endrer seg med høyden når vi antar at luften er adiabatisk. At luften er adiabatisk betyr at den ikke får tilført eller fratatt varme.
Forholdet mellom endringen av høyden og endringen av temperature er gitt ved en lapse rate. Generelt kan vi si at en lapse rate gir hvor mye en atmosfærisk variabel (vanligvis temperatur) minker med høyden. Den er uttrykt som det negative forholdet mellom temperaturendringen og endringen av høyden:
der
- γ = lapse rate er gitt i antall grader delt på antall meter
- T = temperatur
- z = høyde, og
- 1 og 2 angir to forskjellige høyder.
Innhold |
[rediger] Lapse rate
Det finns tre forskjellige lapse rater som blir brukt i meteorologi:
[rediger] Tørradiabatisk lapse rate
Den tørradiabatiske lapse raten angir hvor raskt en stigende pakke med umettet luft, som en termal, vil bli avkjølt. Umettet luft har mindre enn 100 % relativ fuktighet, altså er temperaturen til luftpakken over duggpunktet. Den tørradiabatiske lapse raten er 9,78 °C/km. Den adibatiske lapse raten kan forklares ved enkel væskedynamikk. Når en luftpakke flytter seg nedover i atmosfæren vil det hydrostatiske trykket til omgivelsene rundt pakken stige. Trykket presser luftpakken sammen og det blir dermed gjort et arbeid på pakken. Pakken får da tilført energi og temperaturen stiger. Det motsatte gjelder for en stigende luftpakke. Den vil utvide seg siden trykket i omgivelsene rundt synker. Pakken gjør et arbeid på omgivelsene, mister energi og temperaturen synker. Luft har dårlig varmeledingsevne og de stigende luftmassene er som regel veldig store. Derfor kan overføring av varme ved konduksjon neglisjeres og vi kan regne prosessen som tilnærmet adiabatisk.
[rediger] Fuktig adiabatisk lapse rate
Når luften er mettet med vanndamp, altså nådd duggpunktet, er det den fuktig adiabatiske lapse raten som gjelder. Den varierer med temperatur og trykk, men er vanligvis nær 4,9 °C/km. Årsaken til at det er en forskjell mellom mettet og umettet luft er at det blir frigitt latent varme når vann kondenserer. Selv om det ikke er mer enn 10 gram vann i et kilogram luft ved 15°C, fører vannets høye fordampingsvarme til at det blir frigitt en god mengde energi når det kondenserer. Denne energien er også viktig i utviklingen av tordenbyger. Før fuktigheten begynner å kondensere, blir luftpakken avkjølt ved den tørradiabatiske lapse raten. Altså kan all luft som er umettet antas å være tørr.
[rediger] I praksis
I praksis vil lapse raten endre seg i løpet av dagen. Vanligvis setter man temperatur lapse raten til 6,5°C per km fra havnivå til 11 km. Temperaturen i atmosfæren faller derimot ikke gradvis. For eksempel kan det oppstå inversjonslag der temperaturen ikke endrer seg eller stiger med høyden (negativ lapse rate).
[rediger] Rollen i meteorologi
Temperaturen til en umettet luftpakke som stiger følger den tørradiabatiske lapse raten. Duggpunktet faller også, men mye senere, vanligvis rundt 2°C/km. Men hvis umettet luft stiger høyt nok vil den til slutt nå duggpunktet, og kondensasjonen vil starte. Denne høyden blir kalt kondensasjonsnivået for heving (LCL eller lifting condensation level). Skybasen vil typisk ligge i denne høyden.
Forskjellen mellom den tørradiabatiske lapse raten og raten duggpunktet faller med er omtrent 8°C/km. Hvis man har temperaturen og duggpunktet ved overflaten kan man lett finne kondensasjonsnivået for heving ved å multiplisere forskjellen med 125 m/°C.
Forskjellen i lapse raten rundt om på jordoverflaten er svært viktig i meteorologien. Denne forskjellen blir brukt til å avgjøre om stigende luft vil stige høyt nok til å kondensere og danne skyer. Hvis skyer er dannet kan den videre brukes til å avgjøre om luften vil fortsette å stige og danne større skyer som for eksempel cumulonimbus skyer (bygeskyer).
Hvis lapse raten er mindre enn den fuktig adiabatiske lapse raten, er luften absolutt stabil — stigende luft vil avkjøles raskere enn den omliggende luften og miste oppdrift. Dette skjer oftest tidlig om morgenen nå luften nær overflaten har blitt avkjølt gjennom natten. Skyer blir sjelden dannet i slik stabil luft.
Hvis lapse raten er mellom den tørradiabatiske og fuktig adiabatiske lapse raten, er lufta betinget stabil — en umettet luftpakke vil da ikke ha nok oppdrift til å stige til å nå kondensasjonsnivået for heving, men visst den kommer opp på det nivået vil den få oppdrift inne i skyen.
Hvis lapse raten er større enn den tørradiabatiske lapse raten er luften ubetinget ustabil — en luftpakke vil få mer oppdrift etter hvert som den stiger både over og under kondensasjonsnivået for heving. Dette skjer ofte om ettermiddagen over land. Under slike forhold kan det fort dannes cumulus skyer, regnbyger og til og med tordenvær. Dette kan ofte skje på varmesommerdager i indre strøk over hele landet, men oftest på Østlandet.
Meteorologer bruker radiosonder for å måle lapse raten og på varsle luftens oppdrift og atmosfærens stabilitet.
