Adiabatisk temperaturendring

Adiabatisk temperaturendring seier kor mykje temperaturen i atmosfæren endrar seg med høgda når vi antar at lufta er adiabatisk. At lufta er adiabatisk betyr at ho ikkje får tilført eller fråtatt varme.

Forholdet mellom endringa av høgda og endringa av temperaturen er gjeve ved ein lapse rate. Generelt kan vi si at ein lapse rate seier kor mykje ein atmosfærisk variabel (vanlegvis temperatur) minkar med høgda. Han er uttrykt som det negative forholdet mellom temperaturendringa og endringa av høgda:

$\gamma =-{\frac {T_{2}-T_{1}}{z_{2}-z_{1}}}$

der

• γ = lapse rate er gjeve i grader delt på meter
• T = temperatur
• z = høgda
• 1 og 2 er to forskjellige høgder.

Temperaturendring

Det finst tre forskjellige lapse rater som blir brukt i meteorologi:

Tørradiabatisk temperaturendring

Den tørradiabatiske temperaturendringa seier kor raskt ein stigande pakke med umetta luft, som ein termal, vil bli avkjølt. Umetta luft har mindre enn 100 % relativ fukt, altså er temperaturen til luftpakken over doggpunktet. Den tørradiabatiske temperaturendringa er 9,78 °C/km. Den adibatiske temperaturendringa kan forklarast ved enkel væskedynamikk. Når ein luftpakke flyttar seg nedover i atmosfæren vil det hydrostatiske trykket til omgivnadane rundt pakken stige. Trykket presser luftpakken saman og det blir dermed gjort eit arbeid på pakken. Pakken får då tilført energi og temperaturen stig. Det motsette gjeld for ein stigande luftpakke som vil utvide seg ettersom trykket i omgivnadane rundt minkar. Pakken gjer eit arbeid på omgivnadane, mister energi og temperaturen minkar. Luft har dårleg varmeleiingsevne og dei stigande luftmassane er som regel veldig store. Derfor kan overføring av varme ved konduksjon neglisjerast og vi kan rekne prosessen som tilnærma adiabatisk.

Fuktigadiabatisk temperaturendring

Når lufta er metta med vassdamp, altså nådd doggpunktet, er det den fuktigeadiabatiske temperaturendringa som gjeld. Han varierer med temperatur og trykk, men er vanlegvis nær 4,9 °C/km. Årsaka til at det er ein skilnad mellom metta og umetta luft er at det blir frigjeve latent varme når vatn kondenserer. Sjølv om det ikkje er meir enn 10 gram vatn i eitt kilogram luft ved 15 °C, fører vatnet sin høge fordampingsvarme til at det blir frigjeve ein god mengde energi når det kondenserer. Denne energien er òg viktig i utviklinga av torebyer. Før fukta byrjar å kondensere, blir luftpakken avkjølt ved den tørradiabatiske temperaturendringa. Altså kan all luft som er umetta reknast som tørr.

I praksis

I praksis vil lapse raten endre seg i løpet av dagen. Vanlegvis set ein lapse raten til 6,5 °C per km frå havnivå til 11 km høgde. Temperaturen i atmosfæren minkar derimot ikkje gradvis. For eksempel kan det oppstå inversjonslag der temperaturen ikkje endrar seg eller stig med høgda (negativ temperaturendring).

Rolla i meteorologi

Temperaturen til ein umetta luftpakke som stig følgjer den tørradiabatiske temperaturendringa. Doggpunktet minkar òg, men mykje seinare, vanlegvis rundt 2 °C/km. Men viss umetta luft stig høgt nok vil ho til slutt nå doggpunktet, og kondensasjonen vil starte. Denne høgda blir kalla kondensasjonsnivået for heving (LCL eller lifting condensation level). Skybasen vil typisk ligge i denne høgda.

Skilnaden mellom den tørradiabatiske temperaturendringa og raten doggpunktet minkar med er om lag 8 °C/km. Visst ein har temperaturen og doggpunktet ved overflata kan ein lett finne kondensasjonsnivået for heving ved å multiplisere skilnaden med 125 m/°C.

Skilnaden i temperaturendringa rundt om på jordoverflata er svært viktig i meteorologien. Denne skilnaden blir brukt til å avgjere om stigande luft vil stige høgt nok til å kondensere og danne skyer. Viss det er danna skyer kan han vidare brukast til å avgjere om lufta vil halde fram å stige og danne større skyer som f.eks. cumulonimbusskyer (byeskyer).

Viss temperaturendringa er mindre enn den fuktigadiabatiske temperaturendringa, er lufta absolutt stabil — stigande luft vil avkjølast raskare enn den omliggande lufta og miste oppdrift. Dette skjer oftast tidleg om morgonen når lufta nær overflata har blitt avkjølt gjennom natta. Skyer blir sjeldan danna i slik stabil luft.

Viss temperaturendringa er mellom den tørradiabatiske og fuktig adiabatiske temperaturendringa, er lufta betinga stabil — ein umetta luftpakke vil då ikkje ha nok oppdrift til å stige til å nå kondensasjonsnivået for heving, men visst han kjem opp på det nivået vil han få oppdrift inne i skya.

Viss temperaturendringa er større enn den tørradiabatiske temperaturendringa er lufta ubetinga ustabil — ein luftpakke vil få meir oppdrift etter kvart som han stig både over og under kondensasjonsnivået for heving. Dette skjer ofte om ettermiddagen over land. Under slike forhold kan det fort dannast cumulusskyer, regnbyer og til og med torevêr.

Meteorologar bruker radiosondar for å måle lapse raten og for å varsle lufta si oppdrift og atmosfæren sin stabilitet.

Bakgrunnsstoff

• National Science Digital Library - Lapse Rate Arkivert 2002-11-23 ved Wayback Machine.
• National Science Digital Library - Environmental lapse rate Arkivert 2002-11-23 ved Wayback Machine.
• National Science Digital Library - Absolute stable air Arkivert 2002-11-23 ved Wayback Machine.