יציבות אטמוספרית ומפלי טמפרטורה – תהליכים אדיאבטיים שיעור 5 יציבות אטמוספרית ומפלי טמפרטורה – תהליכים אדיאבטיים

שקף 1: יציבות אטמוספרית אטמוספרה יציבה מדכא זרמים אנכיים שנוצרו בקרבה יציבות מתאר מצב של שווי משקל אטמוספרה יציבה מדכא זרמים אנכיים שנוצרו בקרבה אטמוספרה לא יציבה מעודדת ומגבירה זרמים אנכיים בקרבה

שקף 2: 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, קל יותר וישאף לעלות באטמוספרה הגודל הפיזיקאלי בעזרתו קובעים את יציבותה של שכבה אטמוספרית הוא קצב שינוי הטמפרטורה עם הגובה בשכבה זו = מפל הטמפרטורה

שקף 3: שכבות האטמוספירה השונות והשתנות הטמפרטורה עם הגובה

שקף 4: מפלי טמפרטורה באטמוספירה (סביבה) מפל הסביבה שלילי (עליית הטמפ' עם הגובה) מפל הסביבה חיובי (ירידת הטמפ' עם הגובה) מפל הסביבה איזותרמלי (הטמפ' אינה משתנה עם הגובה) טמפרטורה גובה

שקף 5: 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.

שקף 6: קירור גוש אויר עקב גידול בנפחו – תהליך אדיאבטי -Aלגוש אויר בקרקע לחץ P, טמפ' T וצפיפות   = m/V ) ) הדומים לסביבה. A B

שקף 7: תהליך אדיאבטי – תהליך המתרחש ללא חילופי חום עם הסביבה שקף 7: תהליך אדיאבטי – תהליך המתרחש ללא חילופי חום עם הסביבה B – בעליית הגוש, הלחץ החיצוני קטֵן עם הגובה ולכן הגוש מתפשט ונפחו גדֵל:   = m/V האנרגיה לגידול בנפח הגוש נצרכת ממולקולות הגז בגוש. על פי חוק הגזים) משוואת המצב) : P = R  T (R קבוע) צפיפות קטנה + ירידת טמפ' צפיפות הגוש קטנה טמפ' הגוש יורדת הלחץ הפנימי של הגוש יורד

שקף 8: - Cהגוש מפסיק לגדול כאשר: הלחץ באטמ' = הלחץ בגוש גוש אוויר אשר עולה, מתקרר לא בשל חילופי חום עם הסביבה הקרה ברום אלא בשל התפשטותו

שקף 9: 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 º9.8 לקילומטר או בקירוב º1 לכל 100 מטר. ההבדל בין המפל שאנו מודדים בשכבה מסוימת לבין המפל האדיאבטי קובע את יציבות השכבה.

שקף 10: 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 º 6.5 לקילומטר.

שקף 11: המתודולוגיה לאבחון יציבות האטמוספירה אטמו' בלתי יציבה בהחלט: 1°/100m < γ אטמו' ניטרלית: 1°/100m = γ אטמו' בלתי יציבה על תנאי: 1°/100m > γ > 0.6°/100m אטמו' יציבה בהחלט: 0.6°/100m > γ טמפרטורה גובה 1°C /100m 0.6°C /100m אטמו' יציבה בהחלט אטמו' בלתי יציבה על תנאי יציבה בהחלט מפל אדיאבטי יבש מפל אדיאבטי רווי נבחן כעת את תגובת האטמוספרה לתנועה אנכית של אוויר בשכבה נתונה

שקף 12: תגובת האטמ' לתנועה אנכית של אוויר בשכבה נדונה: יציבות האטמוספירה במצב אינברסיה 0 מ' 1000 מ' °C21 °C23 500 מ' גובה מעל פני הקרקע מפל גוש אדיאבטי יבש (°C/km10) מפל גוש אדיאבטי רווי (לח) (°C/km6) מפל הסביבה שלילי: אינברסיה (°C/km2-) °C11 °C15 מפל הטמפרטורה: טמפ' בקרקע פחות טמפ' ברום (°C/km) קרקע מצב של אינברסיה הינו יציב הן לגוש אוויר יבש והן לגוש אוויר רווי

שקף 13: תגובת האטמ' לתנועה אנכית של אוויר בשכבה נדונה: יציבות האטמוספירה במצב בו קיים מפל חיובי גדול (סופר-אדיאבטי) 0 מ' 1000 מ' °C21 °C8 מפל הטמפרטורה: טמפ' בקרקע פחות טמפ' ברום (°C/km) קרקע 500 מ' גובה מעל פני הקרקע מפל גוש אדיאבטי יבש (°C/km10) מפל גוש אדיאבטי רווי (לח) (°C/km6) מפל הסביבה: סופר אדיאבטי (°C/km13) °C15 °C11 אטמוספרה בעלת מפל חיובי קיצוני תהיה בלתי יציבה לגוש אוויר יבש ורווי

שקף 14: תגובת האטמ' לתנועה אנכית של אוויר בשכבה נדונה: יציבות האטמוספירה במצב בו קיים מפל בלתי יציב על תנאי 0 מ' 1000 מ' °C21 °C13 מפל הטמפרטורה: טמפ' בקרקע פחות טמפ' ברום (°C/km) קרקע 500 מ' גובה מעל פני הקרקע מפל אדיאבטי יבש (°C/km10) מפל אדיאבטי רווי (לח) (°C/km6) מפל הסביבה: בלתי יציב על תנאי (°C/km8) °C15 °C11 אטמוספרה בעלת מפל בלתי יציב על תנאי תהיה יציבה לאוויר יבש ובלתי יציבה לאוויר רווי

שקף 15: התנאים לבניית אטמוספרה יציבה ובלתי יציבה אויר קר וכבד אויר חם וקל מצב יציב: מצב בלתי יציב: קרקע הסעה / קרינה שמשית התקררות קרינתית התמוככות הסעה

שקף 16: סיבות לעליית אוויר: הפרעות בזרימה מכשול אורוגרפי קונבקציה מאולצת מפל לא יציב התחממות מקומית קונבקציה חופשית מפגש בין שני סוגי אוויר שונים: חזית התכנסות אוויר חם עולה מתפשט ומתקרר אוויר קר יורד מתכווץ ומתחמם

שקף 17: הקשר בין הטמפ' לטמפ' נקודת הטל  RH=100%, Td = 17°C RH=40%, T = 33°C T Td עקומה זו מבטא את מפל Td בתלות בטמפרטורה בלחץ מסויים כלומר בגובה מסויים באטמוספרה P= 1000 hPa מפל טמפרטורת נקודת הטל לפני רוויה משתנה עם הגובה בקצב של: dTd / dZ = 2ºC/km

שקף 18: שינויים בגוש אוויר עם שינויים בגובה Ws=15 gr kg-1 Wa=9 gr kg-1 Ws=25 gr kg-1 Wa=4 gr kg-1 RH=60% RH=16%

שקף 19: התנהגות גושי האוויר בחתך רוחב מעל ישראל וירדן להדגמת אזור צל הגשם בצד המזרחי של רכסי ההרים

שקף 20: 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.