7.3. Вологоадіабатичні процеси в атмосфері

Відомо, що якщо деяка маса повітря, ненасичена водяною парою, піднімається адіабатично в атмосфері, то на кожні 100 м підняття температура її знижується на 1,0º. При такому піднятті повітря відносна вологість цієї маси збільшується та на деякій висоті водяна пара, що міститься в ній, досягає стану насичення. При наступному піднятті повітря, коли температура знизиться нижче точки роси, відбудеться вже конденсація водяної пари. Висота, на якій водяна пара в повітрі, що піднімається, досягає стану насичення, називається рівнем конденсації. Рівень конденсації можна знайти за формулою

, (11.3)

де t – температура повітря, τ – точка роси.

Ця формула виводиться на основі наступних міркувань: у повітрі, що піднімається, в результаті зниження атмосферного тиску пружність водяної пари зменшується, а значить, знижується і точка роси. Обчислення показали, що це зниження приблизно дорівнює 0,0018º на 1 м підняття. Отже, на висоті h величина точки роси τ _h вийде з формули

, (11.4)

де τ – значення точки роси при земній поверхні. Так як в насиченому повітрі, що адіабатично піднімається, температура знижується на кожні 100 м на 1º, то на висоті h температура визначається як

. (11.5)

На рівні конденсації температура повітря дорівнює температурі точки роси, тобто

(11.6)

чи

, (11.7)

звідки

. (11.8)

Вологоадіабатичний градієнт. При адіабатичному піднятті маси повітря вище рівня конденсації в ній відбувається згущення водяної пари та виділяється прихована теплота конденсації, яка йтиме на нагрівання даної маси повітря. Утворені продукти конденсації у вигляді водяних краплин чи льодяних кристалів можуть залишатися в масі повітря, що піднімається.

Якщо вказана маса повітря тепер почне опускатися униз, то при цьому буде відбуватися обернений процес, тобто адіабатичне нагрівання маси повітря та випаровування продуктів конденсації в ній. Ці процеси супроводжуються витратою деякої кількості тепла. Зміна температури повітря в таких умовах відбувається однаково як при піднятті маси, так і при її опусканні. Такий процес на відміну від сухоадіабатичного називається вологоадіабатичним, а величина, що характеризує зміну температури за кожні 100 м в насиченому повітрі, що піднімається чи опускається , називається вологоадіабатичним градієнтом.

Вологоадіабатичний градієнт завжди менше сухоадіабатичного, так як при піднятті маси насиченого повітря виділяється прихована теплота ∆q, яка уповільнює адіабатичний спад температури на величину

, (11.9)

де с – теплоємність повітря.

При опусканні повітря витрачається теплота на випаровування краплин, у результаті чого ріст температури уповільнюється на таку ж величину. Тому вологоадіабатичний градієнт

, (11.10)

де γ _а – сухоадіабатичний градієнт.

Величина вологоадіабатичного градієнта непостійна, вона являється функцією від температури та тиску. В табл. 11.1 наводяться величини вологоадіабатичного градієнта при різних значеннях температури й атмосферного тиску.

Таблиця 13.1