Стратиграфия атмосферы по отношению к влажноадиабатическому и сухоадиабатическому движению частицы

Поскольку выше уровня конденсации частица воздуха находится уже в насыщенном состоянии, то этих уровнях стратификацию атмосферы следует оценивать по отношению к влажноадиабатическому процессу. При этом, как и в случае сухоадиабатического процесса, возможны три различных вида стратификации: а) - влажнонеустойчивая; б) - влажнобезразличная; в) - влажноустойчивая.

По отношению к сухо- и влажноадиабатическому движению возможны пять видов стратификации атмосферы: а) - сухо- и влажнонеустойчивая; б) - сухобезразличная и влажнонеустойчивая; в) - сухоустойчивая и влажнонеустойчивая; г). - сухоустойчивая и влажнобезразличная; д) - сухо- и влажноустойчивая или абсолютно устойчивая стратификация.

Большой интерес представляет изменение стратификации больших объемов воздуха при их подъеме или опускании. Движение слоя как целого часто наблюдается в атмосфере (при восходящем движении воздушной массы вдоль фронтальных поверхностей, при переваливании через хребты). Изменение стратификации слоя при его подъеме зависит от распределения в нем влажности по вертикали.

Характерные случай изменения стратификации слоя при вертикальном движении представлены на рис. и. Кривая АВ иллюстрирует распределение температуры внутри слоя до подъема. Слой абсолютно устойчив: . Однако в первом случае (рис.) относительная влажность в нижней части слоя (т.А) значительно больше, чем в верхней (т.В). Поэтому частица А, быстро достигнув уровня конденсации, начнет затем подниматься по влажной адиабате, медленно охлаждаясь. Частица В при подъеме слоя будет длительное время подниматься посухой адиабате, и когда она достигнет уровня конденсации (т.В’), стратификация слоя, характеризуемая кривой А’В’, окажется влажно неустойчивой . Поскольку воздух к этому времени станет насыщенным, слой в целом приобретет неустойчивую стратификацию.

Если относительная влажность внутри слоя возрастает с высотой (рис.), то при адиабатическом подъеме стратификация его становится более устойчивой.

Рис. Потенциальная Рис. Потенциальная неустойчивость. устойчивость.

В первом случае стратификация слоя называется потенциально неустойчивой, во втором - потенциально устойчивой. При потенциально неустойчивой стратификации слоя влажная адиабата, по которой частица воздуха, расположенная на нижней границе слоя, поднимается выше уровня конденсации, лежит справа от влажной адиабаты, проходящей через уровень конденсации частицы на верхней границе слоя (см. рис), т.е. (- потенциальная температура смоченного термометра).

В случае потенциально устойчивой стратификации имеет место обратное расположение влажных адиабат, проходящих через уровни конденсации. Изменение стратификации слоя при подъеме его как целого имеет большое значение для образования облачности и развития конвективных движений внутри облаков.

Согласно уравнению () ускорение частицы определяется разностью плотностей частицы и окружающего воздуха. Однако в предыдущих рассуждениях не учитывалось влияние влажности на плотность частицы воздуха. В большинстве случаев этим влиянием можно действительно пренебречь. Однако при достаточно высоких температурах и относительной влажности воздуха этот эффект может оказаться существенным. В таких случаях в соответствии с результатами п. во всех соотношениях кинетическую температуру Т нужно заменить на виртуальную Т_u. В частности, вместо вертикальных градиентов температуры g следует пользоваться вертикальными градиентами виртуальной температуры g_u: