7. Στατική της ατμόσφαιρας

7. Στατική της ατμόσφαιρας

Η στατική της ατμόσφαιρας εξετάζει την ευστάθεια και την αστάθεια της ατμόσφαιρας.

Ευστάθεια λέγεται η κατάσταση της ατμόσφαιρας στην οποία δεν παρατηρούνται κατακόρυφες ανοδικές κινήσεις. Η ευστάθεια συνδυάζεται με το σχηματισμό ομίχλης και την εμφάνιση επεισοδίων ατμοσφαιρικής ρύπανσης.

Αστάθεια λέγεται η κατάσταση εκείνη της ατμόσφαιρας η οποία χαρακτηρίζεται από έντονες ανοδικές κινήσεις. Έχει σαν αποτέλεσμα την συμπύκνωση υδρατμών και τη δημιουργία βροχής όπως και άλλων μετεωρολογικών φαινομένων.

Ευστάθεια Αστάθεια Αδιάφορη ισορροπία

α. Ευστάθεια και αστάθεια ξηρού αέρα

Έστω μια αέρια μάζα η οποία αναγκάζεται να μετακινηθεί προς τα πάνω για πολύ μικρό διάστημα dz.

αν Τ > Τ΄ ⇒ Τ – Τ΄ > 0, τότε η αέρια μάζα θα συνεχίσει να ανέρχεται (ασταθής ισορροπία)

Z

T

Ξ.Α.Θ (Γd)

Tο

dz

T T΄

Ασταθής ισορροπία

Γ

η κλίση της θερμοβαθμίδας του περιβάλλοντος, είναι μεγαλύτερη της κλίσης της ξηρής αδιαβατικής θερμοβαθμίδας

Γ > Γd

αν Τ < Τ΄ ⇒ Τ – Τ΄ < 0, τότε τείνει να επανέλθει στην αρχική της θέση (ευσταθής ισορροπία)

Z

T Tο

dz

T T΄

Ευσταθής ισορροπία

η κλίση της θερμοβαθμίδας του περιβάλλοντος, είναι μικρότερη της κλίσης της ξηρής αδιαβατικής θερμοβαθμίδας

Γ < Γd

Γ Ξ.Α.Θ (Γd)

αν Τ = Τ΄ ⇒ Τ – Τ΄ = 0, τότε η αέρια μάζα θα πάψει να μετακινείται (αδιάφορη ισορροπία).

η θερμοβαθμίδα του περιβάλλοντος ταυτίζεται με την ξηρή αδιαβατική θερμοβαθμίδα, δηλ.

Γ = Γd

β. Ευστάθεια και αστάθεια υγρού αέρα

αν Γ > Γs δηλ. Τ > Τ΄ , τότε η κορεσμένη αέρια μάζα βρίσκεται σε ασταθή ισορροπία. αν Γ < Γs δηλ Τ < Τ΄ , τότε η αέρια μάζα βρίσκεται σε ευσταθή ισορροπία. αν Γ = Γs δηλ. Τ = Τ΄ , τότε η αέρια μάζα βρίσκεται σε αδιάφορη ισορροπία.

Z

T

Υ.Α.Θ (Γs)

Tο

dz

T T΄

Ασταθής ισορροπία Z

T

Y.Α.Θ (Γs)

Tο

dz

T T΄

Ευσταθής ισορροπία

Γ Γ

γ. Συνθήκες ισορροπίας στην ατμόσφαιρα στην περίπτωση που εμφανίζεται συμπύκνωση υδρατμών στην μετακινούμενη αέρια μάζα

Σε αυτή την περίπτωση θα λάβουμε υπόψη τη σχέση της θερμοβαθμίδας περιβάλλοντος Γ τόσο με τη ξηρή Γd όσο και με την υγρή θερμοβαθμίδα Γs. Έτσι:

αν Γ > Γd > Γs, τότε η ανερχόμενη αέρια μάζα θα είναι πάντοτε θερμότερη του περιβάλλοντα αέρα και τότε η ατμόσφαιρα χαρακτηρίζεται απόλυτα ασταθής

αν Γ > Γd > Γs, τότε η ανερχόμενη αέρια μάζα θα είναι πάντοτε θερμότερη του περιβάλλοντα αέρα και τότε η ατμόσφαιρα χαρακτηρίζεται απόλυτα ασταθής

Z

Ξ.Α.Θ

Υ.Α.Θ

Tο

Γ

Td

LCL

αναπτύσσεται νέφος κατακόρυφης ανάπτυξης πάνω από τη στάθμη συμπύκνωσης, χωρίς να χρειάζεται η ύπαρξη κάποιου εξωτερικού αίτιου για την ανύψωση της αέριας μάζας, όπως η παρουσία ενός βουνού ή μετώπου

αν Γd > Γs > Γ, τότε η ανερχόμενη αέρια μάζα θα είναι πάντοτε ψυχρότερη του περιβάλλοντα αέρα και τότε η ατμόσφαιρα χαρακτηρίζεται απόλυτα ευσταθής

Z

T

Ξ.Α.Θ

Υ.Α.Θ

Tο

Γ

Td

LCL

αν Γ > Γs και Γ < Γd, (η συνηθέστερη περίπτωση), η ανερχόμενη αέρια μάζα θα είναι ψυχρότερη του περιβάλλοντα αέρα (ευσταθής ισορροπία) μέχρι το σημείο Β.

Z

T

Ξ.Α.Θ

Υ.Α.Θ

Tο

Γ

Td

LCL Β (LFC)

Στρώμα ευσταθούς ισορροπίας

Στρώμα ασταθούς ισορροπίας

Aπό το σημείο Β και πάνω η αέρια μάζα ανέρχεται μόνη της με συνέπεια να δημιουργηθεί νέφος με μεγάλη κατακόρυφη έκταση. Για το λόγο αυτό το σημείο Β καλείται στάθμη ελεύθερης εκτόνωσης (LFC, Level of Free Convection).

Z

T

Ξ.Α.Θ

Υ.Α.Θ

Tο

Γ

Td

LCL Β (LFC)

Στρώμα ευσταθούς ισορροπίας

Στρώμα ασταθούς ισορροπίας

Η ατμόσφαιρα χαρακτηρίζεται από αστάθεια υπό συνθήκη καθώς χρειάζεται απαραίτητα κάποιο μηχανικό αίτιο για την ανύψωση της αέριας μάζας μέχρι τη στάθμη ελεύθερης εκτόνωσης, όπως ένα βουνό ή μέτωπο.

Z

T

Ξ.Α.Θ

Υ.Α.Θ

Tο

Γ

Td

LCL Β (LFC)

Στρώμα ευσταθούς ισορροπίας

Στρώμα ασταθούς ισορροπίας

Τεφίγραμμα

Τεφίγραμμα