Transcript יציבות אטמוספרית ומפלי טמפרטורה תהליכים אדיאבטיים

‫יציבות אטמוספרית‬
‫ומפלי טמפרטורה‬
‫תהליכים אדיאבטיים‬
‫יציבות אטמוספרית‬
‫יציבות מתאר מצב של שווי משקל‬
‫אטמוספרה יציבה מדכא זרמים אנכיים שנוצרו בקרבה‪,‬‬
‫אטמוספרה לא יציבה מעודדת ומגבירה זרמים אנכיים בקרבה‪.‬‬
‫יציבות אטמוספרית‬
‫‪ ‬הגורמים הקובעים אם חבילת אוויר תעלה או לא‪ ,‬הוא יחס‬
‫המשקל (הצפיפות) שבין חבילת האוויר לאוויר הסביבה‪.‬‬
‫‪ ‬ככל שהאוויר חם יותר‪ ,‬הוא דליל יותר וקל יותר‪ ,‬וישאף לעלות‬
‫באטמוספרה‪.‬‬
‫‪ ‬הגודל הפיזיקאלי בעזרתו קובעים את יציבותה של שכבה‬
‫אטמוספרית הוא קצב שינוי הטמפרטורה עם הגובה בשכבה זו‬
‫= מפל הטמפרטורה‪.‬‬
‫שכבות האטמוספירה השונות‬
‫והשתנות הטמפרטורה עם הגובה‬
‫מפלי טמפרטורה באטמוספירה (סביבה)‬
‫מפל‬
‫הסביבה‬
‫שלילי‬
‫(עליית הטמפ'‬
‫עם הגובה)‬
‫מפל הסביבה‬
‫איזותרמלי‬
‫(הטמפ' אינה‬
‫משתנה עם‬
‫הגובה)‬
‫מפל הסביבה‬
‫חיובי‬
‫(ירידת הטמפ' עם גובה‬
‫הגובה)‬
‫טמפרטורה‬
‫כיצד מפל הטמפ' קובע את יציבותה של שכבת אוויר ?‬
‫‪ ‬במגע בין שני גושי אוויר באטמוספרה בעלי טמפ' שונה‪ ,‬תהליך העברת‬
‫החום אורך זמן רב משום שהאוויר הוא חומר מבודד‪.‬‬
‫‪ ‬כמות החום שגוש חם ימסור לסביבה תוך כדי עלייתו קטנה מאוד וניתנת‬
‫להזנחה‪.‬‬
‫‪ ‬תהליך בו אין חילופי חום בין הגוש לסביבתו נקרא תהליך אדיאבטי‪.‬‬
‫‪ ‬קירור הגוש העולה אינו בשל חילופי חום עם הסביבה אלא בשל שינוי‬
‫בנפחו‪.‬‬
‫קירור גוש אויר עקב גידול בנפחו‬
‫– תהליך אדיאבטי‬
‫‪ -A ‬לגוש אויר בקרקע לחץ ‪ ,P‬טמפ' ‪ T‬וצפיפות ‪‬‬
‫) ‪ )  = m/V‬הדומים לסביבה‪.‬‬
‫‪B‬‬
‫‪A‬‬
‫תהליך אדיאבטי –‬
‫תהליך המתרחש ללא חילופי חום עם הסביבה‬
‫קטן עם הגובה ולכן הגוש‬
‫‪ – B ‬בעליית הגוש‪ ,‬הלחץ החיצוני ֵ‬
‫מתפשט ונפחו גדֵ ל‪:‬‬
‫‪‬‬
‫צפיפות הגוש קטנה‬
‫‪ = m/V‬‬
‫‪‬‬
‫האנרגיה לגידול בנפח הגוש‬
‫טמפ' הגוש יורדת‬
‫נצרכת ממולקולות הגז בגוש‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪ ‬על פי חוק הגזים )משוואת המצב) ‪:‬‬
‫(‪ R‬קבוע)‬
‫‪P=RT‬‬
‫‪ ‬צפיפות קטנה ‪ +‬ירידת טמפ'‬
‫הלחץ הפנימי של הגוש יורד‬
‫‪ - C‬הגוש מפסיק לגדול כאשר‪-‬‬
‫הלחץ באטמ' שוה ללחץ בגוש‪.‬‬
‫‪C‬‬
‫‪ ‬גוש אוויר אשר עולה‪ ,‬מתקרר לא בשל חילופי חום עם‬
‫הסביבה הקרה ברום אלא בשל התפשטותו‪.‬‬
‫כיצד מפל הטמפ' קובע את יציבותה של שכבת אוויר ?‬
‫‪ ‬גוש האוויר מתפשט עם עלייתו‪ ,‬נפחו גדל והוא מתקרר‪.‬‬
‫‪ ‬הקצב בו מתקרר גוש אוויר עם עלייתו קבוע ונקרא מפל‬
‫אדיאבטי יבש‪ .‬ערכו ‪ 9.8º‬לקילומטר או בקירוב ‪ 1º‬לכל ‪100‬‬
‫מטר‪.‬‬
‫‪ ‬ההבדל בין המפל שאנו מודדים בשכבה מסוימת לבין המפל‬
‫האדיאבטי קובע את יציבות השכבה‪.‬‬
‫כיצד מפל הטמפ' קובע את יציבותה של שכבת אוויר ?‬
‫‪ ‬גוש אוויר לח עולה ומתקרר לפי מפל אדיאבטי יבש עם הגיעו‬
‫לרוויה‪ ,‬התעבות של אדי המים לטיפות מים בענן ישתחרר חום‬
‫כמוס לסביבה‪.‬‬
‫‪ ‬שחרור החום הכמוס ימתן את קצב קירור הגוש ולכן מפל‬
‫הטמפ' החדש יהיה קטן מהמפל האדיאבטי של גוש אויר‬
‫יבש‪.‬‬
‫‪ ‬מפל חדש זה של גוש אויר ברוויה נקרא מפל אדיאבטי רווי‬
‫וערכו בממוצע ‪ 6.5º‬לקילומטר‪.‬‬
‫המתודולוגיה לאבחון יציבות האטמוספירה‬
‫‪ ‬אטמו' בלתי יציבה בהחלט‪:‬‬
‫‪0.6°C /100m‬‬
‫‪1°C /100m‬‬
‫‪γ < 1°/100m‬‬
‫‪ ‬אטמו' ניטרלית‪:‬‬
‫אטמו' יציבה‬
‫בהחלט‬
‫גובה‬
‫אטמו' בלתי‬
‫יציבה על תנאי‬
‫‪γ = 1°/100m‬‬
‫‪ ‬אטמו' בלתי יציבה על תנאי‪:‬‬
‫אטמו' בלתי‬
‫יציבה בהחלט‬
‫‪0.6°/100m > γ > 1°/100m‬‬
‫‪ ‬אטמו' יציבה בהחלט‪:‬‬
‫‪γ > 0.6°/100m‬‬
‫טמפרטורה‬
‫נבחן כעת את תגובת האטמוספרה לתנועה אנכית של אוויר בשכבה נתונה‬
‫תגובת האטמ' לתנועה אנכית של אוויר בשכבה נדונה‪:‬‬
‫יציבות האטמוספירה במצב אינברסיה‬
‫מפל הסביבה שלילי‪ :‬מפל גוש אדיאבטימפל גוש אדיאבטי רווי‬
‫(לח)‬
‫יבש‬
‫אינברסיה‬
‫גובה מעל‬
‫(‪)-2°C/km‬‬
‫‪23°C‬‬
‫(‪)10°C/km‬‬
‫‪11°C‬‬
‫(‪)6°C/km‬‬
‫‪15°C‬‬
‫מפל הטמפרטורה‪:‬‬
‫טמפ' בקרקע פחות‬
‫טמפ' ברום‬
‫(‪)°C/km‬‬
‫פני הקרקע‬
‫‪ 1000‬מ'‬
‫‪ 500‬מ'‬
‫‪21°C‬‬
‫‪21°C‬‬
‫‪21°C‬‬
‫‪ 0‬מ'‬
‫קרקע‬
‫מצב של אינברסיה הינו יציב הן לגוש אוויר יבש והן לגוש אוויר רווי‬
‫תגובת האטמ' לתנועה אנכית של אוויר בשכבה נדונה‪:‬‬
‫יציבות האטמוספירה במצב בו קיים מפל חיובי גדול (סופר‪-‬אדיאבטי)‬
‫מפל הסביבה‪:‬‬
‫סופר אדיאבטי‬
‫(‪)13°C/km‬‬
‫‪8°C‬‬
‫מפל גוש אדיאבטי מפל גוש אדיאבטי רווי‬
‫יבש‬
‫(לח)‬
‫(‪)10°C/km‬‬
‫‪11°C‬‬
‫(‪)6°C/km‬‬
‫‪15°C‬‬
‫מפל הטמפרטורה‪:‬‬
‫טמפ' בקרקע פחות‬
‫טמפ' ברום‬
‫(‪)°C/km‬‬
‫גובה מעל‬
‫פני הקרקע‬
‫‪ 1000‬מ'‬
‫‪ 500‬מ'‬
‫‪21°C‬‬
‫‪21°C‬‬
‫‪21°C‬‬
‫‪ 0‬מ'‬
‫קרקע‬
‫אטמוספרה בעלת מפל חיובי קיצוני תהיה בלתי יציבה לגוש אוויר יבש ורווי‬
‫תגובת האטמ' לתנועה אנכית של אוויר בשכבה נדונה‪:‬‬
‫יציבות האטמוספירה במצב בו קיים מפל בלתי יציב על תנאי‬
‫מפל הסביבה‪ :‬מפל אדיאבטי יבש מפל אדיאבטי רווי‬
‫(‪)10°C/km‬‬
‫(לח)‬
‫בלתי יציב על תנאי‬
‫(‪)8°C/km‬‬
‫‪13°C‬‬
‫(‪)6°C/km‬‬
‫‪11°C‬‬
‫‪15°C‬‬
‫מפל הטמפרטורה‪:‬‬
‫טמפ' בקרקע פחות‬
‫טמפ' ברום‬
‫(‪)°C/km‬‬
‫גובה מעל‬
‫פני הקרקע‬
‫‪ 1000‬מ'‬
‫‪ 500‬מ'‬
‫‪21°C‬‬
‫‪21°C‬‬
‫‪21°C‬‬
‫‪ 0‬מ'‬
‫קרקע‬
‫אטמוספרה בעלת מפל בלתי יציב על תנאי תהיה יציבה לאוויר יבש‬
‫ובלתי יציבה לאוויר רווי‬
‫התנאים לבניית אטמוספרה יציבה ובלתי יציבה‬
‫מצב יציב‪:‬‬
‫הסעה ‪/‬‬
‫התמוככות‬
‫הסעה ‪/‬‬
‫התקררות‬
‫קרינתית‬
‫מצב בלתי יציב‪:‬‬
‫הסעה‬
‫אויר קר וכבד‬
‫אויר חם וקל‬
‫אויר חם וקל‬
‫אויר קר וכבד‬
‫קרקע‬
‫הסעה ‪/‬‬
‫קרינה‬
‫שמשית‬
‫סיבות לעליית אוויר‪:‬‬
‫הפרעות‬
‫בזרימה‬
‫מכשול‬
‫אורוגרפי‬
‫קונבקציה‬
‫מאולצת‬
‫מפל לא יציב‬
‫התחממות מקומית‬
‫קונבקציה חופשית‬
‫התכנסות‬
‫אוויר חם עולה מתפשט‬
‫ומתקרר‪.‬‬
‫אוויר קר יורד מתכווץ‬
‫ומתחמם‪.‬‬
‫חזית‬
‫הקשר בין הטמפ' לטמפ' נקודת הטל‬
‫עקומה זו מבטא את‬
‫מפל ‪ Td‬בתלות‬
‫בטמפרטורה בלחץ‬
‫מסויים כלומר בגובה‬
‫מסויים באטמוספירה‬
‫‪P= 1000 hPa‬‬
‫‪RH=40%,‬‬
‫‪T = 33°C‬‬
‫מפל טמפרטורת נקודת‬
‫הטל לפני רוויה משתנה‬
‫עם הגובה בקצב של‪:‬‬
‫‪RH=100%,‬‬
‫‪Td = 17°C‬‬
‫‪‬‬
‫‪dTd / dZ = 2ºC/km‬‬
‫‪T‬‬
‫‪Td‬‬
‫שינויים בגוש אוויר עם שינויים בגובה‬
‫‪RH=60%‬‬
‫‪RH=16%‬‬
‫‪Wa=4 gr kg-1‬‬
‫‪Ws=25 gr kg-1‬‬
‫‪Wa=9 gr kg-1‬‬
‫‪Ws=15 gr kg-1‬‬
‫התנהגות גושי האוויר בחתך רוחב מעל ישראל וירדן‬
‫להדגמת אזור צל הגשם בצד המזרחי של רכסי ההרים‬
‫חשוב לזכור !‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫התנגדות האטמוספרה להתפתחות זרמים אנכיים משקפת את‬
‫יציבותה‪.‬‬
‫מידת יציבות האטמוספרה נקבעת ע"י השוואת מפל הטמפ'‬
‫של גוש אוויר עולה ביחס לסביבתו‪.‬‬
‫בתהליך אדיאבטי יבש גוש אוויר מתקרר בשל גידול בנפחו תוך‬
‫עלייתו ואי מסירת חום לסביבה‪.‬‬
‫מפל אדיאבטי רווי קטן מהמפל האדיאבטי היבש בשל שחרור‬
‫חום כמוס בתהליך ההתעבות‪.‬‬
‫התמוככות הוא תהליך בו אוויר שוקע‪ ,‬מתכווץ ומתחמם‬
‫אדיאבטית‪.‬‬