Troposfera (Polski)

temperatura troposfery zazwyczaj spada wraz ze wzrostem wysokości., Prędkość, przy której temperatura spada, − d T / D z {\displaystyle-DT/dz} , nazywana jest prędkością upływu czasu (ELR). ELR to nic innego jak różnica temperatury między powierzchnią a tropopauzą podzielona przez wysokość. ELR zakłada, że powietrze jest idealnie nieruchome, tzn. że nie ma mieszania warstw powietrza z konwekcji pionowej, ani wiatrów, które powodowałyby turbulencje, a tym samym mieszanie się warstw powietrza., Powodem tej różnicy temperatur jest to, że ziemia pochłania większość energii słonecznej, która następnie ogrzewa niższe poziomy atmosfery, z którą ma kontakt. Tymczasem promieniowanie ciepła w górnej części atmosfery powoduje ochłodzenie tej części atmosfery.

ELR zakłada, że atmosfera jest nieruchoma, ale w miarę podgrzewania powietrza staje się wyporna i unosi się., Suchy adiabatyczny upływ czasu odpowiada za efekt rozszerzania się suchego powietrza, gdy wzrasta on w atmosferze, a mokry adiabatyczny upływ czasu obejmuje wpływ kondensacji pary wodnej na upływ czasu.

gdy paczka powietrza unosi się, rozszerza się, ponieważ ciśnienie jest niższe na wyższych wysokościach. W miarę jak paczka powietrzna rozszerza się, wypycha otaczające powietrze Na Zewnątrz, przenosząc energię w formie pracy z tej paczki do atmosfery. Ponieważ transfer energii do działki powietrza za pomocą ciepła jest bardzo powolny, zakłada się, że nie wymiana energii za pomocą ciepła z otoczeniem., Taki proces nazywa się procesem adiabatycznym (brak transferu energii przez ciepło). Ponieważ rosnąca paczka powietrza traci energię, ponieważ działa na otaczającą atmosferę i żadna energia nie jest przenoszona do niej jako ciepło z atmosfery, aby nadrobić stratę, paczka powietrza traci energię, co objawia się spadkiem temperatury paczki powietrza. Odwrotnie, oczywiście, będzie to prawdą dla paczki powietrza, które tonie i jest kompresowane.,

ponieważ proces kompresji i rozszerzania działki powietrza może być uważany za odwracalny i żadna energia nie jest przenoszona do lub z działki, taki proces jest uważany za izentropowy, co oznacza, że nie ma zmiany entropii w miarę wzrostu i opadania działki powietrza, d S = 0 {\displaystyle dS=0} ., Ponieważ ciepło wymieniane d Q = 0 {\displaystyle dQ=0} jest związane ze zmianą entropii D S {\displaystyle DS} przez D Q = T D s {\displaystyle dQ=TdS}, równanie regulujące temperaturę jako funkcję wysokości dla dokładnie wymieszanej atmosfery wynosi

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

Gdzie S jest entropią. Powyższe równanie stwierdza, że entropia atmosfery nie zmienia się wraz z wysokością. Szybkość, przy której temperatura spada wraz z wysokością w takich warunkach, nazywana jest adiabatyczną szybkością upływu.,

dla suchego powietrza, które jest w przybliżeniu gazem idealnym, możemy przejść dalej. Równanie adiabatyczne dla gazu idealnego wynosi

p ( z ) − γ γ-1 = stała {\displaystyle p (z) {\Bigl} ^{- {\frac {\gamma} {\, \ gamma \,-\,1\,}}}={\tekst{stała}}} 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 / km}}

Jeśli powietrze zawiera parę wodną, to chłodzenie powietrza może spowodować kondensację wody, a zachowanie nie jest już takie jak w przypadku gazu idealnego., Jeśli powietrze znajduje się pod ciśnieniem pary nasyconej, to szybkość, przy której temperatura spada wraz z wysokością, nazywana jest szybkością nasyconego zaniku adiabatycznego. Ogólnie rzecz biorąc, Rzeczywista szybkość, z jaką temperatura spada z wysokością, nazywana jest stopniem upływu środowiska. W troposferze średnia temperatura otoczenia to spadek o około 6,5°C na każde 1 km (1000 metrów) w zwiększonej wysokości.,

współczynnik upływu czasu w środowisku (Rzeczywista szybkość spadku temperatury z wysokością, d T / D z {\displaystyle DT / dz}) nie jest zwykle równa adiabatycznej szybkości upływu czasu (lub odpowiednio d S / D z ≠ 0 {\displaystyle DS / dz\neq 0} ). Jeśli górne powietrze jest cieplejsze niż przewiduje adiabatyczny upływ czasu (d S / D z > 0 {\displaystyle DS / dz> 0} ), to gdy paczka powietrza wzrośnie i rozszerzy się, dotrze na nową wysokość w niższej temperaturze niż jego otoczenie., W tym przypadku paczka powietrza jest gęstsza niż jego otoczenie, więc tonie z powrotem do pierwotnej wysokości, a powietrze jest stabilne przed podnoszeniem. Jeśli, przeciwnie, górne powietrze jest chłodniejsze niż przewiduje adiabatyczna szybkość upływu, to gdy paczka powietrza wzrośnie do swojej nowej wysokości, będzie miała wyższą temperaturę i niższą gęstość niż jego otoczenie i będzie nadal przyspieszać w górę.

troposfera jest ogrzewana od dołu przez ciepło utajone, promieniowanie długofalowe i ciepło sensible. Nadmiar ciepła i pionowa ekspansja troposfery występuje w tropikach., Na średnich szerokościach geograficznych temperatura troposfery spada ze średnio 15°C (59°F) na poziomie morza do około -55°C (-67°F) w tropopauzie. Na biegunach temperatura troposfery spada ze średnio 0°C (32°F) na poziomie morza do około -45°C (-49°F) w tropopauzie. Na równiku temperatura troposfery spada ze średnio 20°C (68°F) na poziomie morza do około -70°C do -75°c (-94 do -103°F) w tropopauzie. Troposfera jest cieńsza na biegunach i grubsza na równiku., Średnia grubość troposfery jest o około 7 kilometrów większa niż średnia grubość troposfery na biegunach.

Tropopauza

tropopauza jest regionem granicznym między troposferą a stratosferą.

pomiar zmiany temperatury z wysokością przez troposferę i stratosferę określa położenie tropopauzy. W troposferze temperatura spada wraz z wysokością. W stratosferze temperatura pozostaje jednak przez pewien czas stała, a następnie wzrasta wraz z wysokością., Ta najzimniejsza warstwa atmosfery, w której szybkość upływu zmienia się z dodatniej (w troposferze) na ujemną (w stratosferze), jest zdefiniowana jako tropopauza. Tak więc tropopauza jest warstwą inwersji i niewiele jest mieszania między dwiema warstwami atmosfery.