Уровень конденсации

Нижний предел облаков Sc

Кучевые облака над Канделем / Рейнланд-Пфальц в летний день

В метеорологии, уровень конденсации или зоне конденсации облака описывает в высоту , при которой температура воздуха равна с точкой росы . Таким образом воздух полностью насыщается водяным паром . Относительная влажность 100 процентов является синонимом этого . В дополнение к вертикальному температурному профилю , высота уровня конденсации в решающей степени зависит от содержания влаги в поднимающемся воздушном потоке . В метеорологии обычно различают два уровня конденсации: подъемный и конвективный .

В земной атмосфере уровень конденсации представляет собой высоту, на которой образуются облака , поскольку водяной пар начинает конденсироваться по мере того, как высота продолжает расти, и, таким образом, температура падает (в стандартной атмосфере при стандартных условиях) . Поэтому эту область также называют основанием облаков или основанием облаков , хотя эти термины не полностью синонимичны уровню конденсации. Основание облака может отличаться в зависимости от типа облака, но оно показывает соответствие с уровнем конденсации , особенно в случае облаков кучевого типа, которые образуются в результате поднятия . Высота облаков может быть измерена с помощью лазерного высотомера облаков (облаков) или ночью с помощью прожектора облаков и секстанта . В синоптических наблюдениях за погодой, проводимых ежечасно по всему миру, нижние пределы облачности также оцениваются опытными метеорологами.

В авиации, термин облако потолок ( английский потолок ) используется. Основание основной облачности называется «потолком» только в том случае, если общая степень покрытия составляет не менее 5/8. С другой стороны, видимая нижняя граница одного облака называется основанием облака .

Поэтому для ознакомления с областью образования облаков важно также иметь дело с различными типами уровней конденсации. В метеорологии здесь вы попадаете на факультет аэрологии . Как уже было примерно объяснено выше, уровень конденсации описывает высоту или слой, на котором поднимающийся воздушный шар насыщается водяным паром и конденсируется или повторно сублимируется в более высоких слоях (замерзает, образуются ледяные облака, такие как перистые облака ) во время дальнейшего подъема .

В настоящее время вполне возможно определить эти процессы и процедуры арифметически, но во многих случаях также очень хорошо можно сделать конкретные утверждения для определенной области, используя графические методы. Для графического определения z. B. нижний и верхний пределы совокупной облачности, а также нижний и верхний пределы слоистых облаков используются данные, полученные при восхождениях радиозондов, которые расшифровываются на простой логарифмической диаграмме температуры-давления и, таким образом, образуют график TEMP . Клавиша TEMP представляет собой телеграмму данных от радиозонда , которая содержит данные о температуре и точке росы, а также о высоте давления и направлении / скорости высокогорного ветра в группах по пять штук . Радиозонды запускаются четыре раза в день, а именно всегда в 00Z, 06Z, 12Z и 18Z. Данные радиозондов позволяют метеорологам проводить вертикальное зондирование земной атмосферы для определенной области.

Уровень конденсации на возвышении

Подъемный уровень конденсации (HKN, подъемный уровень конденсации , LCL) представляет собой высоту или площадь, на которой происходит насыщение за счет принудительного подъема , в основном за счет орографических эффектов (выход за пределы горы / горного хребта) или за счет процессов подъема и сползания на фронте и в дальнейшем происходит перенасыщение с образованием слоистого облака. Такое поднятие может также происходить в районах, где происходит сдвиг ветра , с тем же эффектом.

Объем еще ненасыщенного воздуха поднимается из-за упомянутых выше эффектов до точки, в которой происходит конденсация . Пока он не достигнет этой точки, упаковка продолжает адиабатически охлаждаться до высыхания, при этом соотношение компонентов смеси остается неизменным, пока не будет достигнуто насыщение. Если теперь упаковка поднимется еще дальше, за пределы точки насыщения водяным паром, дальнейшее охлаждение приведет к конденсации и, таким образом, к образованию облаков. В зависимости от того, насколько высок этот HCN, различают конденсацию и сублимацию .

Если в какой-то момент упаковка уплотнилась, она не останавливается (причины подъема все еще существуют), а наоборот, продолжает подниматься. Однако подъем уже не сухой адиабатический, как это было вначале с земли, а скорее, из-за предыдущей конденсации, влажный адиабатический.

Графическое определение на диаграмме температура-давление

На диаграмме температура-давление с логарифмированной осью давления HCN образует точку пересечения температуры и точки росы при движении вверх от с сухой адиабатой и от с линией отношения насыщения смеси ( ). HCN всегда формируется от начального уровня, то есть всегда от нулевой высоты, которая соответствует высоте места, на котором был запущен радиозонд . ${\ displaystyle T}$${\ Displaystyle Т _ {\ mathrm {D}}}$${\ displaystyle T}$${\ Displaystyle Т _ {\ mathrm {D}}}$${\ Displaystyle R _ {\ mathrm {w}}}$

Теперь вы определили HCN и знаете высоту, с которой могут образовываться облака источника или слоя. Здесь, однако, есть еще кое-что, что следует учитывать: в ранние часы очень высокие значения влажности обнаруживаются в области, близкой к земле; они постоянно снижаются к полудню.

По этим двум причинам HCN, определенное утром с помощью 00UTC или 06UTC TEMP, вероятно, будет значительно ниже в течение дня из-за высокого уровня влажности вблизи земли . Для того чтобы устранить этот источник ошибок, можно определить , в HCN ₁ , который образует пересечение и кривых ( по сухим адиабатам, вдоль линии отношения смеси насыщения) нижнего 30 гПа. Таким образом, можно усреднить диапазон от начального уровня до 30 гПа и выше и, таким образом, исключить часть влажности воздуха, содержащейся у земли . ${\ displaystyle T}$${\ Displaystyle Т _ {\ mathrm {D}}}$${\ displaystyle T}$${\ Displaystyle Т _ {\ mathrm {D}}}$

Однако существует также возможность определения HKN для любой высоты, чтобы, например, Б. уметь предсказать, может ли на этой высоте произойти конденсация и образование облаков. Этот HKN далее обозначается как HKN ₂ .

Вы хотите з. B. Для уровня (области давления) 500 гПа известно, возможно ли образование облаков, тогда пересечение сухих адиабат с линией с таким же коэффициентом смешивания насыщения области 500 гПа должно быть обозначено как HCN ₂ .

Уровень конденсации конвекции

Уровень конвективной конденсации (KKN или уровень конденсации кучевых облаков) описывает высоту или уровень, на котором поднимающийся воздушный пакет сначала насыщается водяным паром и конденсируется при дальнейшем подъеме . Следует отметить одно важное отличие от HKN: KKN не основан на принудительном поднятии, как в случае с HKN, но здесь это вопрос подъема из-за термических воздействий на подпочву, термиков . Это создает облако, вызванное тепловыми воздействиями. Поднимающийся воздух конденсируется на уровне KKN, и все больше и больше «свежего» воздуха подается снизу, как в своего рода шланге, который позволяет накопившемуся облаку увеличиваться в своей вертикальной толщине. При скольжении этот «восходящий вентиль» также называют «тепловым шлангом».

С подходящей температурной стратификацией (градиент больше, чем адиабаты влажности) и без мешающих влияний на образование облаков, таких как B. Сдвиг ветра на начальной стадии или увлечение (высыхание образовавшегося облака, Cu фрактус) кучевое облако будет продолжать расти вверх, пока не превратится в грозовое облако (кучево-дождевое облако , Cb), и с развитием и расширением зоны нисходящего течения, в холодном потоке воздуха ниже и разрушает область восходящего потока, в которой облако должно расти и жить, само по себе.

В течение дня (при условии, что средний летний день) пол нагревается все больше и больше, вплоть до точки, при которой слой воздуха, прилегающий к полу, нагревается настолько, что отдельные «воздушные пакеты» (тепловые пузыри) растворяются и подъем. Эта точка также известна как температура срабатывания . Это очень важная переменная, особенно для пилотов парапланов и планеров , определение которой может повлиять на все ежедневное планирование. ${\ displaystyle T _ {\ mathrm {A}}}$

Кумулятивная облачность над полями южного Пфальца , зафиксированная между Канделем и Штайнвайлером, из-за тепловых эффектов

Первоначально термический пузырек адиабатически поднимается при высыхании, сохраняя при этом коэффициент насыщения смеси . В какой-то момент он достигает насыщения водяным паром и при дальнейшем подъеме конденсируется. Возникает кучевое облако (Cumulus humilis, Cumulus mediocris).

Как и HKN, KKN может быть очень легко определено графически: возьмите пересечение линии с тем же коэффициентом насыщения смеси с температурной кривой TEMPS, и вы уже сформировали KKN. Отправной точкой снова является высота 0, что соответствует начальному уровню подъема на воздушном шаре. Однако, когда KKN определяется графически утром, влажность воздуха у земли снова играет очень большую ложную роль. Как и в случае с другими графическими оценками, этой ошибки можно избежать, усреднив нижнее значение 30 гПа. Точка, в которой средний коэффициент насыщения смеси 30 гПа пересекается с кривой температурного состояния, затем обозначается как KKN ₁ .

После определения KKN можно легко определить температуру срабатывания, которая очень интересна метеорологам . На графике вы просто переходите от KKN, определенного адиабатически в сухом состоянии, обратно к начальному уровню и считываете температуру в точке, к которой вы прибываете . Затем это представляет собой. Чтобы избежать ложного представления о высокой влажности воздуха, можно определить по сухой адиабатике вплоть до начального уровня по KKN1 ; из-за исключения влаги и того факта, что KKN1 выше, чем KKN, это также должно привести к немного более высокой температуре срабатывания. ${\ displaystyle T _ {\ mathrm {A}}}$${\ displaystyle T _ {\ mathrm {A}}}$${\ displaystyle T _ {\ mathrm {A1}}}$

Если вы хотите определить KKN летом при солнечной погоде, возможно, KKN1 все еще слишком низок и, следовательно, также . Это происходит из-за разницы между температурой и точкой росы, называемой разницей в точке росы , которая увеличивается в течение дня в солнечные дни . Этому состоянию можно противостоять, сформировав KKN ₂ . Для этого усредняется вся область между начальным уровнем и ККН ₁ . Это дает усредненный коэффициент насыщения смеси для области, близкой к земле. Если вы теперь перейдете от этого среднего отношения насыщения смеси к точке пересечения с температурной кривой, то вы сформировали KKN ₂ . На основе этого теперь также можно определить, какое излучение влияет на течение дня, а высокие значения влажности в утренние часы исключены как источники ошибок. ${\ displaystyle T _ {\ mathrm {A1}}}$${\ Displaystyle Т _ {\ mathrm {A2}}}$

KKN также можно приблизительно определить, используя практическое правило Фрица Хеннинга , которое включает текущий спред:

• Распространение 400 = основание облака в футах
• Распространение 125 = нижняя граница облаков в м

пример

Температура 30 ° C, точка росы 10 ° C. В результате разброс составляет 20 ° C, потому что разброс - это разница между температурой и точкой росы. Если вы умножите разброс 20 ° C на 400, вы придете к расчетному нижнему пределу исходной облачности 8000 футов или, умноженному на 125, нижнему пределу 2500 м.

Эта формула используется в повседневной жизни, особенно в летние дни, для наблюдения за погодой, поскольку кучевые облака часто оцениваются слишком низко. Помимо наблюдения за увеличением ТЕМП, наблюдатель имеет представление о основании облака.

Однако формулу следует использовать только для определения нижних пределов конвективного облачного покрова , поскольку в ней используются характеристики KKN. Другие процессы образования облаков, например Б., ответственные за образование слоистого или слоисто-кучевого слоя (процессы скольжения на теплом фронте) здесь не учитываются.

Если сравнить HKN и KKN, можно сделать вывод, что HKN обычно ниже, чем KKN. Однако, если атмосфера стратифицирована по сухому адиабатическому принципу во время графического определения и подъема аэростата до HKN, KKN и HKN могут быть на одной высоте.

Уровень свободной конвекции

Уровень свободной конвекции (NFK) представляет собой поверхность давления, с которой воздушный пакет, который ранее принудительно (или динамически) увеличивался с использованием энергии (например, при скольжении по горе или фронту), теперь автоматически (через выпуск из скрытых энергий при конденсации водяного пара) продолжает расти, то есть без необходимости подавать внешние силы (внешняя силу). Поскольку воздушный пакет над NFK остается более теплым, чем окружающий воздух, и, следовательно, легче, плавучесть сохраняется даже без внешнего принудительного подъема. Выше NFK термически индуцированная подъемная сила, которая увеличивается за счет высвобождения скрытой энергии, разрушается только тогда, когда термодинамические условия воздушного пакета (температура, содержание воды, давление, плотность) согласовываются с условиями окружающей среды. Это происходит на уровне нейтральной плавучести (LNB), также называемом равновесным уровнем . Однако воздушная посылка приходит в (относительную) неподвижность (состояние равновесия) только на больших высотах из-за инерции . При этом выбросе воздушная посылка испытывает отрицательную подъемную силу и, таким образом, возвращается к уровню нейтральной подъемной силы в теоретической модели . Границы раздела поверхностей облаков часто имеют фрактальную структуру. Если равновесие находится на уровне тропопаузы , насыщенный воздух выходит в сторону в форме видимой наковальни .

Вот некоторые справочные значения для погодных явлений, основанные на верхних предельных температурах облаков (WO в ° C) и толщине кучевых облаков от предела нуля градусов (WD):

Cu ( кучевые облака ) и Cb ( кучево-дождевые облака ) являются общими сокращениями для этих типов облаков . «Cal», «inc» и «cap» обозначают подвид, а «cal» означает calvus, который описывает форму грозовой тучи как гладкую, монотонную. «Шапочка» обозначает капиллят и описывает волокнистую структуру верхней границы облака, которая создается обледенением. «Inc» означает наковальня, грозовая туча напоминает наковальню , дано изображение типичной грозовой тучи с сильно обледеневшей верхней частью.

Thundercloud / Cb cap, inc над полями южного Пфальца

Эта таблица особенно полезна при интерпретации спутниковых изображений . Таблица также хорошо подходит для приблизительного определения ожидаемых погодных явлений при оценке TEMPS .

Инструкции по графическому определению уровней применимы здесь конкретно к диаграмме температура-давление (просто логарифмическая бумага, в которой логарифмическая ось используется в качестве оси давления), а не к диаграмме Стуэва или другим диаграммам.

Многие важные данные извлекаются из аэрологических данных радиозондов при ежедневном прогнозировании погоды . Многое уже вычислено компьютером , но важно понимать взаимосвязь между уровнем конденсации и образованием облаков. Различные расчеты или оценки также могут быть выполнены быстро и легко с помощью листов с диаграммами .

веб ссылки

• Андреас Кальт: Учебный модуль «Адиабатические процессы». Вода в атмосфере. В: Основы WEBGEO / климатология. Институт физической географии (IPG) в Университете Фрайбурга , 1 апреля 2003 года, доступ к 14 декабря 2010 года . 
• Диаграммы радиозондов со всего мира
• Промеры для Центральной Европы

Индивидуальные доказательства

1. ↑ Погода и климат - Метеорологическая служба Германии - Глоссарий - G - Общий охват. Проверено 6 января 2021 года .