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地球科学 · 大气 · 气象

上升空气的冷却与云的形成

如果空气上升和膨胀,它可以冷却;如果它达到露点,可能会开始凝结。 气温与露点之间的差异,是衡量云的基准的指标。

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上升空气与云
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意义与机制

当空气团上升时,由于周围压力降低,它会膨胀。在热交换与外部的近似为绝缘的情况下,随着膨胀,温度会降低。

当空气温度接近露点时,相对湿度会增加。这与空气干燥时的温度降低速率差异,是由于达到饱和后释放潜热所致。

关系与条件

在达到饱和状态之前,模拟假设空气温度下降 10 °C/km,以及露点温度下降 2 °C/km。 它估算凝结高度为 (T−Td)/8 km,因为这两个值之间的差异以这种速率降低。

该表面的润湿性和热阻抗实际上会随着温度、压力和湿度变化而改变。 这种简单的模型并不能预测所有云的高度或降雨量。

观察实验中需要注意的事物

在形成凝结之前,该模型使得空气温度降低 10 °C/km,以及露点降低 2 °C/km。 形成凝结后,该模型使得空气温度降低 5 °C/km。

这是一个间断性的近似方法,将干燥、露点和湿的减温率分别设定为 10 ℃/km、2 ℃/km 和 5 ℃/km 作为常数。 减温率的变化,由于混合、辐射以及大气压力,均未考虑。 浮力判断用于评估稳定性/不稳定性,通过比较给定高度周围环境和温度,但这并非评估整个大气或实际云和降水预测的稳定性。

关键关系与符号

冷凝高度 = (T−Td)/8 km

符号及公式中使用的单位
符号含义单位
T, Td初始空气温度和露点温度°C
递减率高度随温度变化率°C/km

工作实例

空气上升到 1.5 公里的凝结高度,该空气团的温度是多少?

(25−13)/(10−2)=1.5 km。 在形成凝结之前,其温度降低 10 ℃/km,因此 25−10×1.5=10 ℃。

常见误解

  • 无法仅仅通过描述这种现象,即空气上升和冷却,仅仅将其解释为“更高的位置”通过冷却空气来“窃取”热量,来完整地解释这种现象。

通过实验探索这个概念

参考文献

BCcampus · 物理地质 (英文)