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大氣穩定度的觀念
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穩定度的觀念:
來源 http://hsu.as.ntu.edu.tw/cyber_course_II/chapter7/stable.htm

 (/張琬玉,圖片來源:Ahrens, C. D., 2000:Meteorology Today. Sixth Edition, Brooks/Cole )

 

以一顆山頂上的大球為例,若施力將大球往下一推,則不需再施予額外的力球也會繼續往下滾,這就是不穩定的情況;相反的,若將山谷下的大球往山上推,若是沒有持續施力,則球會往下滑回原點,這就是穩定的情況。

 

在大氣中,我們想像一個氣塊的移動就像例子中的球一樣,並假設氣塊在移動的過程中不與外界環境產生能量的交換(也就是絕熱的情況),當未飽和氣塊受外力上升,上方環境壓力較低,使氣塊膨脹、溫度降低,此氣塊溫度隨著高度上升而降低的程度稱為乾絕熱遞減率,為定值(每上升一千公尺,溫度下降十度)。當空氣塊上升冷卻時,相對濕度增加,如果有凝結產生將釋放潛熱,則氣塊隨高度上升而降低溫度的程度將比乾絕熱的情況來的小,此溫度遞減率稱為濕絕熱遞減率,一般以平均值(每上升一千公尺,溫度下降六度)表示。

 

    氣塊上升後溫度的變化與周圍環境相比較,若氣塊上升後的溫度仍比周圍環境高,則氣塊(溫度高、密度小、輕)將會繼續上升,這就是不穩定的情況,若氣塊溫度比周圍環境低,則氣塊(溫度低、密度大、重)會掉回原來的位置,這就是穩定的情況。

有了以上溫度遞減率的觀念再與實際環境溫度遞減率比較,大氣可以分成以下幾種情況:

 

 

絕對穩定:

 

   (a)環境溫度遞減率(4/1000m)小於乾絕熱遞減率(10/1000m),當氣塊上升時溫度隨高度遞減的情形如圖右方所示。當未飽和空氣塊上升至一千公尺高空,環境為26℃、氣塊為20℃,氣塊溫度比環境低,氣塊將掉回原位。在任一高度氣塊溫度皆比環境溫度低,且兩者差值隨高度增加。

(b) 環境溫度遞減率(4/1000m)小於濕絕熱遞減率(6/1000m),當飽和氣塊上升時,在任一高度氣塊溫度皆比環境溫度低。

(a)(b)中,上升的空氣比環境冷且重,上升後會再下沈,故當環境溫度遞減率(4/1000m)小於濕絕熱遞減率(6/1000m),是絕對穩定的情況。

 

 

 

絕對不穩定

   (a) 環境溫度遞減率(11/1000m)大於乾絕熱遞減率(10/1000m),當未飽和氣塊上升時,在任一高度氣塊溫度皆比環境溫度高。

   (b) 環境溫度遞減率(11/1000m)大於濕絕熱遞減率(6/1000m),當飽和氣塊上升時,在任一高度氣塊溫度皆比環境溫度高。

上升中的氣塊比環境暖且輕,上升後仍會持續上升,故當環境溫度遞減率(11/1000m)大於乾絕熱遞減率(10/1000m),是絕對不穩定的情況。

 

 

 

 

條件不穩定

      當環境溫度遞減率(7/1000)介於乾絕熱遞減率(10/1000)和濕絕熱遞減率(6/1000)之間,為條件不穩定。若氣塊未飽和,將沿乾絕熱遞減率上升,上升過程中氣塊溫度比環境低,不會持續上升,為穩定情況(如圖a)。若氣塊飽和,將沿濕絕熱遞減率上升,上升過程中氣塊溫度比環境暖,會持續上升,為不穩定的情況(如圖b)。


2007-10-28 22:34:16
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