הבדלים בין גרסאות בדף "מפל הטמפרטורה באטמוספירה"

אין תקציר עריכה
 
האטמוספירה מתחממת ממגע עם קרקע כדור הארץ באמצעות [[הולכה]], ולכן, בחלקה התחתון של האטמוספירה, עד גובה של כ-12 ק"מ, הטמפרטורה יורדת עם הגובה, באורח אחיד פחות או יותר - עם ההתרחקות ממקור הולכה. מפל הטמפרטורה באטמוספירה משתנה ממקום למקום, אולם בתנאים אטמוספריים נורמליים, מפל הטמפרטורה הממוצע הוא ירידה של 6.4°C לק"מ. מפל הטמפרטורה המדיד מושפע מה[[לחות]] באוויר. מפל טמפרטורה יבש עומד על ירידה של 10°C לק"מ, ונעשה בו שימוש לחישוב השינוי בטמפרטורה באוויר עם [[לחות יחסית]] של פחות מ-100%. מפל טמפרטורה לח עומד על ירידה של 5.5°C לק"מ, ונעשה בו שימוש לחישוב השינוי בטמפרטורה של אוויר רווי, כלומר בלחות יחסית של 100%. המפל בפועל לרוב אינו בדיוק על פי שני מדדים אלה, אך הם מהווים מדד שחוזה באופן מדויק מספיק את שינויי הטמפרטורה הכרוכים בתנועת האוויר כלפי מעלה ומטה. מפל הטמפרטורה האטמוספרי, יחד עם עיקרון ההתקררות וההתחממות האדיאבטית של האוויר, הקשור בדחיסת האוויר והתרחבותו, מהווה מודל אחיד המסביר את התקררות האוויר הנע מעלה, והתחממות האוויר היורד מטה.
 
ניתן להסביר את [[יציבות האוויר]] במונחי מפל טמפרטורה. האטמוספירה נחשבת לא יציבה על תנאי כאשר מפל הטמפרטורה של הסביבה קטן ממפל הטמפרטורה האדיאבטי היבש, אך גדול ממפל הטמפרטורה האדיאבטי הלח. המפל של הסביבה אינו חייב להיות אדיאבטי לח או רטוב, מסיבות שונות - ערבוליות באטמוספירה או זרימת אוויר למשל. אולם, חבילת אוויר שעולה מעלה מתקררת אדיאבטית, מעצם הגדרתה ככזו, אינה מחליפה חום עם הסביבה. ייתכן מצב, שחבילת אוויר יבשה עולה בגובה ומתקררת לפי המפל האדיאבטי היבש, וממשיכה לעלות כל עוד הטמפרטורה שלה גבוה ביחס לסביבתה. מצב זה נחשב לא יציב, כיוון שהוא מעודד קונבקציה - זרימת אוויר כלפי מעלה. בשלב מסוים, עם ירידת הטמפרטורה והגעה לנקודת הטל, תתרחש התעבות, וההתקררות תיעשה לפי המפל האדיאבטי הלח - פעמים רבות זהו המישור התחתון של ענן. גם במקרה זה, כל עוד הטמפרטורה של חבילת האוויר גבוהה מהטמפרטורה של הסביבה תהיה קונבקציה, אך בשלב מסוים הטמפרטורה תשתווה עם זו של הסביבה, והעלייה תיעצר - פעמים רבות זהו המישור העליון של ענן.
 
אי יציבות מוחלטת תהא כאשר המפל האדיאבטי היבש קטן יותר ממפל הסביבה, וחבילת האוויר ממשיכה לעלות עד שמגיעה לאזור שווה טמפרטורה. במצב של יציבות מוחלטת, המפל האדיאבטי הלח גדול ממפל הסביבה, אוויר מתקרר מהר יותר מהסביבה, וחוזר למקומו המקורי.
 
==הגדרה מתמטית==
במקרים מסוימים, יכולים <math>\Gamma</math> או <math>\alpha</math> לייצג את המפל האדיאבטי, כדי למנוע בלבול עם מונחים המיוצגים תכופות על ידי <math>\gamma</math>, כמו [[קיבול חום סגולי]]<ref>{{cite book | author=Salomons, Erik M. | title=Computational Atmospheric Acoustics | edition=1st | publisher=Kluwer Academic Publishers| year=2001 | isbn=1-4020-0390-0}}</ref> או [[הקבוע הפסיכרומטרי]]<ref>{{cite book | author=Stull, Roland B. | title=An Introduction to Boundary Layer Meteorology | edition=1st | publisher=Kluwer Academic Publishers| year=2001 | isbn=90-277-2769-4}}</ref>.
 
==הקשר ליציבות האוויר==
== סוגי מפלי טמפרטורה ==
ניתן להסביר את [[יציבות האוויר]] במונחי מפל טמפרטורה. האטמוספירה נחשבת לא יציבה על תנאי כאשר מפל הטמפרטורה של הסביבה קטן ממפל הטמפרטורה האדיאבטי היבש, אך גדול ממפל הטמפרטורה האדיאבטי הלח. המפל של הסביבה אינו חייב להיות אדיאבטי לח או רטוב, מסיבות שונות - ערבוליות באטמוספירה או זרימת אוויר למשל. אולם, חבילת אוויר שעולה מעלה מתקררת אדיאבטית, מעצם הגדרתה ככזו, אינה מחליפה חום עם הסביבה. ייתכן מצב, שחבילת אוויר יבשה עולה בגובה ומתקררת לפי המפל האדיאבטי היבש, וממשיכה לעלות כל עוד הטמפרטורה שלה גבוה ביחס לסביבתה. מצב זה נחשב לא יציב, כיוון שהוא מעודד קונבקציה - זרימת אוויר כלפי מעלה. בשלב מסוים, עם ירידת הטמפרטורה והגעה לנקודת הטל, תתרחש התעבות, וההתקררות תיעשה לפי המפל האדיאבטי הלח - פעמים רבות זהו המישור התחתון של ענן. גם במקרה זה, כל עוד הטמפרטורה של חבילת האוויר גבוהה מהטמפרטורה של הסביבה תהיה קונבקציה, אך בשלב מסוים הטמפרטורה תשתווה עם זו של הסביבה, והעלייה תיעצר - פעמים רבות זהו המישור העליון של ענן.
 
אי יציבות מוחלטת תהא כאשר המפל האדיאבטי היבש קטן יותר ממפל הסביבה, וחבילת האוויר ממשיכה לעלות עד שמגיעה לאזור שווה טמפרטורה. במצב של יציבות מוחלטת, המפל האדיאבטי הלח גדול ממפל הסביבה, אוויר מתקרר מהר יותר מהסביבה, וחוזר למקומו המקורי.
 
== סוגי מפלי טמפרטורה ==
קיימים שני סוגים של מפל טמפרטורה:
* '''מפל הסביבה''' - מתאר את שינוי הטמפרטורה הריאלי באטמוספרה עם הגובה, גרדיאנט הטמפרטורה.
=== קרינה, גזי חממה ומודל תרמודינמי===
פרופסור רוברט ה. אסנהיי (Robert H. Essenhigh), מ[[אוניברסיטת קמברידג']] פיתח מודל תרמודינמי מקיף של מפל טמפרטורה המבוסס על משוואות שוסטר שוורצשילד (S-S), המתארות דרך מעבר קרינה באטמוספירה, בהתחשב גם בספיגת הקרינה על ידי גזי חממה <ref>{{cite web | title = Prediction from an Analytical Model of: The Standard Atmosphere Profiles of Temperature, Pressure, and Density with Height for the Lower Atmosphere; and Potential for Profiles-Perturbation by Combustion Emissions | author = Robert H. Essenhigh | id=Paper No.03F-44: Western States Section Combustion Institute Meeting: Fall (October) 2003 | url = http://altmine.mie.uc.edu/nuclear/htmfile/atmcombXC.pdf}}</ref>. "הפתרון חוזה, יחד עם המידע הנסיוני של הסטנדרט האטמוספרי, דעיכה לינארית של הטמפרטורה ברביעית עם הלחץ. בקירוב ראשון, דעיכה לינארית של הטמפרטורה עם הגובה עד הטרופוספירה (שכבת הטרופוספירה הנמוכה, כ-10 ק"מ". הצפיפות והלחץ המנורמלים החזויים מתאמים לתוצאות הניסיוניות. סריקאנת' קולן (Sreekanth Kolan) במהלך מחקרו ב[[אוניברסיטת אוהיו]], הרחיב את המודל לתאר גם את מאזן האנגריה בשבות האטמוספרה<ref>{{cite web | title = Study of energy balance between lower and upper atmosphere | author = Sreekanth Kolan | year = 2009 | url = http://etd.ohiolink.edu/view.cgi/Kolan%20Sreekanth.pdf?osu1259613805 | publisher = Ohio State University | id = osu1259613805 }}</ref>.
== חשיבות במטאורולוגיה ==
== Significance in meteorology ==
למפלי טמפרטורה המגוונים באטמוספרת כדור הארץ, בעיקר בטרופוספירה, חשיבות רבה במטארולוגיה. באמצעותם ניתן לבדוק אם חבילת אוויר נוסקת תעלה מספיק עד שהמים בה יתעבו לעננים, ואם האוויר ימשיך לעלות ליצירת ענני גשם ואף ענני סערה, [[קומולונימבוס]].
The varying environmental lapse rates throughout the Earth's atmosphere are of critical importance in [[meteorology]], particularly within the [[troposphere]]. They are used to determine if the [[air parcel|parcel]] of rising air will rise high enough for its water to condense to form [[cloud]]s, and, having formed clouds, whether the air will continue to rise and form bigger shower clouds, and whether these clouds will get even bigger and form [[cumulonimbus cloud]]s (thunder clouds).
 
כאשר אוויר בלתי רווי עולה מעלה, הטמפרטורה שלו יורדת לפי המפל האדיאבטי היבש. נקודת הטל גם היא יורדת, כתוצאה מירידה בלחץ האוויר עם הגובה, אך לאט הרבה יותר - ירדה של כ-2°C ל-1000 מטרים. אם אוויר בלתי עולה גבוה מספיק, הטמפרטורה שלו תגיע לנקודת הטל שלו, ותחל התעבות. גובה זה ידוע כ[[רום ההתעבות]], או מפלס ההתעבות, בקיצור גם LCL, מאנגלית -lifting condensation level, כאשר ההרמה היא מכנית, ו-CCL, מאנגלית - convective condensation level כאשר ההרמה אינה מכנית, אלא נובעת מחימום תחתי מספיק כדי להגיע לטמפרטורת הקונבקציה, הטמפרטורה הדרושה כדי לגרום לאוויר לעלות. בסיס הענן יהיה בשכבה הנתחמת בפרמטרים האלה.
As unsaturated air rises, its temperature drops at the dry adiabatic rate. The [[dew point]] also drops (as a result of decreasing air pressure) but much more slowly, typically about {{nowrap|−2 °C}} per 1,000&nbsp;m. If unsaturated air rises far enough, eventually its temperature will reach its [[dew point]], and condensation will begin to form. This altitude is known as the '''[[lifting condensation level]]''' ('''LCL''') when mechanical lift is present and the '''[[convective condensation level]]''' ('''CCL''') when mechanical lift is absent, in which case, the parcel must be heated from below to its [[convective temperature]]. The [[cloud base]] will be somewhere within the layer bounded by these parameters.
 
ההפרש בין המפל האדיאבטי היבש ובין מפל נקודת הטל הוא כ-8°C ל-1000 מטרים. הטמפרטורה ונקודת הטל שונות מאלו על הקרקע. ניתן למצוא בקלות את ה-LCL על ידי הכפלה ב-125m/°C.
The difference between the dry adiabatic lapse rate and the rate at which the [[dew point]] drops is around {{nowrap|8 °C}} per 1,000&nbsp;m. Given a difference in temperature and [[dew point]] readings on the ground, one can easily find the LCL by multiplying the difference by 125 m/°C.
 
אם מפל הסביבה קטן מהמפל האדיאבטי הלח, האוויר ביציבות מוחלטת - אוויר נוסק מתקרר מהר יותר מהאוויר שבסביבתו, ולא יהיה קל יותר, כלומר יפסיד את יכולת ה[[ציפה]]. מצב זה מתרחש לעתים קרובות בבוקר המוקדם, כאשר האוויר הקרוב אל הקרקע מתקרר במהלך הלילה. היווצרות ענן באוויר יציב אינה סבירה.
If the environmental lapse rate is less than the moist adiabatic lapse rate, the air is absolutely stable — rising air will cool faster than the surrounding air and lose [[buoyancy]]. This often happens in the early morning, when the air near the ground has cooled overnight. Cloud formation in stable air is unlikely.
 
אם מפל הסביבה נמצא בין המפל האדיאבטי היבש ובין המפל האדיאבטי הלח, האוויר אינו יציב על תנאי - חבילת אוויר בלתי רוויה לא תהא בעלת יכולת ציפה מספקת כדי לעלות ל-LCL או ל-CCL, והיא יציבה מכדי להביא לחילוף אוויר אנכי. אם חבילת האוויר רוויה היא אינה יציבה והיא תטפס עד ל-LCL או ל-CCL, שם היא תיעצר על ידי שכבת אינוורסיה, או על ידי מעצור קונבקציה (convective inhibition), או שהעלייה תימשך כאשר חבילת האוויר תגיע למפלס הקונבקציה החופשית, גם LFC, באנגלית - level of free convection. לאחריה, החבילה נכנסת לשכבת הקונבקציה החופשית (FCL), ומשום עולה לרוב עד לשכבת שיווי המשקל, EL, באנגלית - equilibrium level.
If the environmental lapse rate is between the moist and dry adiabatic lapse rates, the air is conditionally unstable — an unsaturated parcel of air does not have sufficient buoyancy to rise to the LCL or CCL, and it is stable to weak vertical displacements in either direction. If the parcel is saturated it is unstable and will rise to the LCL or CCL, and either be halted due to an [[Inversion (meteorology)|inversion layer]] of [[convective inhibition]], or if lifting continues, deep, moist convection (DMC) may ensue, as a parcel rises to the '''[[level of free convection]]''' ('''LFC'''), after which it enters the [[free convective layer]] (FCL) and usually rises to the '''[[equilibrium level]]''' ('''EL''').
 
אם מפל הסביבה גדול יותר מהמפל האדיאבטי היבש, הוא נקרא מפל "סופראדיאבטי" והאוויר אינו יציב באופן מוחלט - חבילת אוויר תצבור ציפה כשהיא עולה מבעד ל-LCL ול-CCL. מצב זה מתרחש לרוב אחרי הצהריים מעל פני יבשות. בתאנים אלא יש סבירות גבוהה להיווצרות ענני קומולוס ואף קומולונימבוס.
If the environmental lapse rate is larger than the dry adiabatic lapse rate, it has a superadiabatic lapse rate, the air is absolutely unstable — a parcel of air will gain buoyancy as it rises both below and above the lifting condensation level or convective condensation level. This often happens in the afternoon over many land masses. In these conditions, the likelihood of [[cumulus cloud]]s, showers or even [[thunderstorm]]s is increased.
 
מטאורולוגים משתמשים ברדיוסנדה כדי למדוד את מפל הסביבה ומשווים אותה למפלים האדיאבטיים, כדי לחשב את הסבירות לעליית האוויר. טבלאות של מפל הסביבה נקראות דיאגרמות תרמודינמיות, למשל טפיגרמה ואמיגרמה.
Meteorologists use [[radiosonde]]s to measure the environmental lapse rate and compare it to the predicted adiabatic lapse rate to forecast the likelihood that air will rise. Charts of the environmental lapse rate are known as [[thermodynamic diagrams]], examples of which include [[Skew-T log-P diagram]]s and [[tephigram]]s. (See also [[Thermals]]).
 
ההבדל בין המפל האדיאבטי הלח ובין המפל האדיאבטי היבש הוא הגורם לרוח פן, הידוע כ[[רוח צ'ינוק]] בצפון אמריקה.
The difference in moist adiabatic lapse rate and the dry rate is the cause of [[foehn wind]] phenomenon (also known as "[[Chinook wind]]s" in parts of North America).
 
== See also ==
* [[Adiabatic process]]
* [[Atmospheric thermodynamics]]
* [[Foehn wind]]
 
== Referencesהערות שוליים ==
{{reflist|2}}
 
== Additionalלקריאה readingנוספת ==
* {{cite book | author=Beychok, Milton R. | title=[[Fundamentals Of Stack Gas Dispersion]] | edition=4th | publisher=author-published | year=2005 | isbn=0-9644588-0-2}} [http://www.air-dispersion.com www.air-dispersion.com]
* {{cite book | author=R. R. Rogers and M. K. Yau | title=Short Course in Cloud Physics | edition=3rd | publisher=Butterworth-Heinemann | year=1989 | isbn=0-7506-3215-1}}
 
== קישורים חיצוניים ==
== External links ==
* [http://pds-atmospheres.nmsu.edu/education_and_outreach/encyclopedia/adiabatic_lapse_rate.htm Definition, equations and tables of lapse rate] from the Planetary Data system.
* National Science Digital Library glossary: