Сухий адіабатичний градієнт температури
Давайте розглянемо повітряну посилку ненасиченого повітря, яка піднімається в навколишньому повітрі. Оскільки тиск повітря зменшується з висотою, як показано в главі про тиск повітря, температура в повітряній упаковці зменшується відповідно до загального рівняння газу. І навпаки, температура в посилці повітря підвищується, коли вона опускається, оскільки там підвищується тиск повітря. Ось що показує ця анімація.
Наскільки змінюється температура під час цих процесів - це питання градієнта температури (швидкості пробігу). У ненасиченому повітрі, тобто без утворення хмар, воно має постійне значення близько 1 ° C на 100 м або 3 ° C на 1000 футів (рівно 0,98 ° C/100 м). У цьому випадку це так звана швидкість відхилення від сухої адіабати (DALR).
Рис.: Адіабатичні градієнти (вгорі)
адіабатичний підйом (знизу)
Сухий адіабатичний градієнт температури застосовується до адіабатично-оборотних, іентропних змін стану, тобто фізичного стану немає. Це стосується змін висоти повітряної посилки лише до тих пір, поки відносна вологість залишається нижче 100% відсотків, тобто немає падіння нижче точки роси і, отже, конденсації. Тому сухе повітря, що піднімається, завжди охолоджується на 1 ° C/100 м. І навпаки, коли повітря опускається, воно нагрівається з тією ж швидкістю, тобто також на 1 ° C/100 м. До речі, градієнти температури називаються без знаку, тому можна говорити про зниження температури на 3 ° C на 1000 футів.
Окрім невеликих коливань через різницю в складі повітря, це значення є постійним, тому підвищення або зниження температури є лінійним, як показано на малюнку зліва. Якщо ви знаєте температуру ґрунту, ви можете легко розрахувати температуру на різній висоті. Однак це працює лише до тих пір, поки не утворюються хмари і не конденсується водяна пара. Це відповідає припущенням щодо сухого адіабатичного процесу, який крім зовнішнього теплопостачання також виключає переходи між різними станами агрегації.
На двох зображеннях праворуч видно сухий адіабатичний підйом повітря до 2000 м. Потім із відповідною вологістю набирає конденсат і утворюється хмара. Тоді температура лише зменшується з адіабатичним значенням вологості, оскільки повітря піднімається далі. Для спрощення подання на нижній картинці, незважаючи на хмароутворення, розглянуте вище, слід враховувати лише сухоадіабатичне підняття, тобто відсутність маси та/або енергетичного потоку через зміну обсягу.
Для отримання додаткової інформації, будь ласка, зверніться до розділу про рівень конденсації.
Якщо ми далі розглянемо наш приклад висхідної повітряної посилки, то виявимо, що водяна пара, що міститься в повітряній посилці, досягає свого насичення з певної висоти, починає конденсуватися і утворює хмару. Завдяки виділеному конденсаційному теплу 600 кал/г, наша повітряна посилка буде охолоджуватися менш сильно зі збільшенням висоти. Таким чином, повітряний пакет перейшов у вологий адіабатичний стан. У міру подальшого підняття повітряної посилки водяна пара буде поступово конденсуватися, а утворилися краплі води залишатимуть повітряну посилку у вигляді опадів. Через додану приховану спеку зниження температури зі збільшенням висоти менш виражене, ніж у сухому адіабатичному випадку.
З іншого боку, чим холодніше стає, тим менше водяної пари залишається в повітряному пакеті.