itslabtime.com

地球科學 · 大氣 · 氣象

上升空氣的冷卻與雲的形成

如果空氣上升和膨脹,它可以冷卻;如果它達到露點,可能會開始凝結。 氣溫與露點之間的差異,是衡量雲的基準的指標。

相關實驗:上升空氣與雲 →
上升空氣與雲
上升空氣與雲實驗場景 →

意義與機制

當空氣團上升時,由於周圍壓力降低,它會膨脹。在熱交換與外部的近似為絕緣的情況下,隨著膨脹,溫度會降低。

當空氣溫度接近露點時,相對溼度會增加。這與空氣乾燥時的溫度降低速率差異,是由於達到飽和後釋放潛熱所致。

關係與條件

在達到飽和狀態之前,模擬假設空氣溫度下降 10 °C/km,以及露點溫度下降 2 °C/km。 它估算凝結高度為 (T−Td)/8 km,因為這兩個值之間的差異以這種速率降低。

該表面的潤溼性和熱阻抗實際上會隨著溫度、壓力和溼度變化而改變。 這種簡單的模型並不能預測所有云的高度或降雨量。

觀察實驗中需要注意的事物

在形成凝結之前,該模型使得空氣溫度降低 10 °C/km,以及露點降低 2 °C/km。 形成凝結後,該模型使得空氣溫度降低 5 °C/km。

這是一個間斷性的近似方法,將乾燥、露點和溼的減溫率分別設定為 10 ℃/km、2 ℃/km 和 5 ℃/km 作為常數。 減溫率的變化,由於混合、輻射以及大氣壓力,均未考慮。 浮力判斷用於評估穩定性/不穩定性,透過比較給定高度周圍環境和溫度,但這並非評估整個大氣或實際雲和降水預測的穩定性。

關鍵關係與符號

冷凝高度 = (T−Td)/8 km

符號及公式中使用的單位
符號含義單位
T, Td初始空氣溫度和露點溫度°C
遞減率高度隨溫度變化率°C/km

透過範例確認

空氣上升到 1.5 公里的凝結高度,該空氣團的溫度是多少?

(25−13)/(10−2)=1.5 km。 在形成凝結之前,其溫度降低 10 ℃/km,因此 25−10×1.5=10 ℃。

常見誤解

  • 無法僅僅透過描述這種現象,即空氣上升和冷卻,僅僅將其解釋為“更高的位置”透過冷卻空氣來“竊取”熱量,來完整地解釋這種現象。

透過實驗探索這個概念

參考文獻

BCcampus · 物理地質 (英文)