Troposfäärin

CompositionEdit

tilavuudesta, kuivassa ilmassa on 78,08% typpeä, 20,95 prosenttia happea, 0,93 prosenttia argonia, 0.04% hiilidioksidia ja pieniä määriä muita kaasuja. Ilmassa on myös vaihtelevaa määrää vesihöyryä. Vesihöyrypitoisuutta lukuun ottamatta troposfäärin koostumus on olennaisesti yhtenäinen. Vesihöyryn lähde on maan pinnalla haihtumisprosessin kautta. Troposfäärin lämpötila laskee korkeuden mukana., Ja kylläisyyshöyryn paine laskee voimakkaasti lämpötilan laskiessa. Näin ollen vesihöyryn määrä, että voi olla olemassa ilmakehässä pienenee voimakkaasti korkeuden ja osuus vesihöyry on yleensä suurin lähellä Maan pintaa.

PressureEdit

ilmakehän paine on enintään merenpinnan tasolla ja pienenee korkeuden. Tämä johtuu siitä, että ilmakehä on hyvin lähes hydrostaattisessa tasapainossa niin, että paine on yhtä suuri kuin ilman paino tietyn pisteen yläpuolella.,hän tiheys hydrostaattinen yhtälö

d-S d z = − ρ g n = − m P g n R T {\displaystyle {\frac {dP}{dz}}=-\rho g_{n}=-{\frac {mPg_{n}}{RT}}}

jos:

• gn on standardin painovoima
• ρ on tiheys

• z on korkeus
• P on paine
• R on kaasuvakio
• T on termodynaaminen (absoluuttinen) lämpötila
• m on moolimassa

Koska lämpötila periaatteessa riippuu myös korkeus, yksi on, toinen yhtälö määrittää paineen funktiona korkeus käsitellään seuraavassa jaksossa.,

TemperatureEdit

troposfäärin lämpötila laskee yleensä korkeuden kasvaessa., Nopeus, jolla lämpötila laskee, − d T / d z {\displaystyle -dT/dz} , kutsutaan ympäristön raukeaa korko (ELR). ELR on vain lämpötilaero pinnan ja tropopaussin välillä jaettuna korkeuden mukaan. ELR-oletetaan, että ilma on täysin vielä, eli että ei ole sekoittaminen kerrokset ilmaa vertikaalinen konvektio, eikä tuulet, että olisi luoda turbulenssia ja siten sekoittaminen kerrokset ilmaa., Syy tämä lämpötila ero on, että maa imee suurimman osan auringon energiaa, joka sitten lämmittää alemman tason ilmapiiri, jonka kanssa se on kosketuksissa. Samaan aikaan, säteily lämmön yläosassa ilmapiiri johtaa jäähdytys, että osa tunnelmaa.

ELR olettaa ilmakehän olevan edelleen, mutta ilman lämmetessä se muuttuu kelluvaksi ja nousee., Kuiva-adiabaattinen raukeaa korko tilinpäätöksen vaikutus laajentamiseen kuivaa ilmaa niin se nousee ilmakehässä ja märkä adiabaattinen raukeaa hinnat sisältävät vaikutus tiivistymistä vesihöyryä on kulunut vauhdilla.

Kun paketti ilma nousee, se laajenee, koska paine on alhaisempi korkeammalla. Koska ilma paketti laajenee, se työntää ympäröivää ilmaa ulospäin, siirtämällä energiaa työn muodossa siitä, että paketti ilmakehään. Energian siirto paketti ilman poiketen lämpö on erittäin hidas, se on oletettu, ei vaihtoa energiaa poiketen lämpöä ympäristön kanssa., Tällaista prosessia kutsutaan adiabaattiseksi prosessiksi (ei energian siirtoa lämmön avulla). Koska nouseva paketti ilman menettää energiaa, koska se ei toimi ympäröivä ilmapiiri ja ei energiaa siirretään osaksi sitä lämpöä ilmakehästä kuromiseksi menetys, paketti ilman menettää energiaa, joka ilmenee lasku ilman lämpötila paketti. Kääntöpuolena on tietenkin uppoava ja tiivistyvä ilmalohko.,

Koska prosessi pakkaus ja laajentaminen ilman paketti voidaan pitää palautuva ja ei energiaa siirretään sisään tai ulos paketti, tällainen prosessi pidetään isentrooppinen, mikä tarkoittaa, että ei ole muutosta entropia kuin air parcel nousee ja laskee, d S = 0 {\displaystyle dS=0} ., Koska lämpö vaihtaa d Q = 0 {\displaystyle dQ=0} on liittyvät entropian muutos k-S {\displaystyle dS} d Q = T d S {\displaystyle dQ=TdS} , yhtälö ekp: n lämpötilan funktiona korkeus on perusteellisesti sekoitettu tunnelma on

d-S d z = 0 {\displaystyle {\frac {\,dS\,}{dz}}=0}

, missä S on entropia. Yllä olevan yhtälön mukaan ilmakehän entropia ei muutu korkeuden myötä. Nopeutta, jolla lämpötila laskee korkeuden kanssa tällaisissa olosuhteissa, kutsutaan adiabaattiseksi lapsenopeudeksi.,

kuivalle ilmalle, joka on suunnilleen ihanteellinen kaasu, voimme edetä pidemmälle. Se adiabaattinen yhtälö ihanteellinen kaasu on

p ( z ) − γ γ − 1 = vakio {\displaystyle p(z){\Bigl }^{-{\frac {\gamma }{\,\gamma \,-\,1\,}}}={\text{vakio}}} d T d-z = − m g R γ − 1 γ = − 9.8 ∘ C / k m {\displaystyle {\frac {\,dT\,}{dz}}=-{\frac {\;mg\;}{R}}{\frac {\;\gamma \,-\,1\;}{\gamma }}=-9.8^{\circ }\mathrm {C/m} }

Jos ilma sisältää vesihöyryä, sitten jäähdytys ilmassa voi aiheuttaa veden tiivistymistä, ja ongelma on enää, että ihanteellinen kaasu., Jos ilma on kylläinen höyrynpaine, niin millä nopeudella lämpötila laskee korkeus kutsutaan tyydyttyneitä adiabaattinen raukeaa korko. Yleisesti, todellinen nopeus, jolla lämpötila laskee korkeuden on nimeltään ympäristön raukeaa korko. Troposfäärissä keskimääräinen ympäristölupsetahti on noin 6,5°c: n pudotus 1 000 metrin välein korotettuna.,

ympäristön raukeaa korko (todellinen nopeus, jolla lämpötila laskee korkeus, d T / d z {\displaystyle dT/dz} ) ei ole yleensä yhtä suuri kuin adiabaattinen raukeaa korko (tai vastaavasti, d S / d z ≠ 0 {\displaystyle dS/dz\neq 0} ). Jos ylä-ilma on lämpimämpi kuin ennustettu adiabaattinen raukeaa korko ( d S / d z > 0 {\displaystyle dS/dz>0} ), sitten kun paketti ilma nousee ja laajenee, se saapuu uusi korkeus alemmassa lämpötilassa kuin sen ympäristössä., Tässä tapauksessa, ilma paketti on tiheämpi kuin sen ympäristössä, joten se uppoaa takaisin alkuperäiseen korkeuteen, ja ilma on vakaa vastaan nostetaan. Jos, päinvastoin, ylempi ilma on viileämpi kuin ennusti adiabaattinen raukeaa korko, sitten kun ilma paketti nousee uuteen korkeuteen, että se on korkeampi lämpötila ja pienempi tiheys kuin sen ympäristössä, ja edelleen nopeuttaa ylöspäin.

troposfääriä lämmitetään alapuolelta piilevällä lämmöllä, pitkäaaltoisella säteilyllä ja järkevällä lämmöllä. Troposfäärin ylijäämälämmitys ja pystylaajeneminen tapahtuu tropiikissa., Keskellä leveysasteilla, alailmakehän lämpötilat laskivat keskimäärin 15°C (59°F) merenpinnan tasolla noin -55°C (-67°F) klo tropopause. Navoilla, että alailmakehän lämpötila vain laskee keskimäärin 0°C (32°F) merenpinnan tasolla on noin -45°C (-49°F) klo tropopause. Päiväntasaajalla, alailmakehän lämpötilat laskivat keskimäärin 20°C (68°F) merenpinnan tasolla on noin -70°C ja -75°C: ssa (-94, jotta -103°F) klo tropopause. Troposfääri on napojen kohdalla ohuempi ja päiväntasaajalla paksumpi., Trooppisen troposfäärin keskimääräinen paksuus on noin 7 kilometriä suurempi kuin napojen keskimääräinen troposfäärin paksuus.

TropopauseEdit

tropopause on raja-alueen välillä troposfäärissä ja stratosfäärissä.

lämpötilan muutoksen mittaaminen korkeuden avulla troposfäärin läpi ja stratosfääri tunnistaa tropopaussin sijainnin. Troposfäärissä lämpötila laskee korkeuden mukana. Stratosfäärissä lämpötila pysyy kuitenkin jonkin aikaa vakiona ja nousee sitten korkeuden myötä., Tropopaussiksi määritellään ilmakehän kylmin kerros, jossa raukeamisnopeus muuttuu positiivisesta (troposfäärissä) negatiiviseksi (stratosfäärissä). Tropopaussi on siten inversiokerros, eikä ilmakehän kahden kerroksen välillä ole juurikaan sekoittumista.