Iv. Основы термодинамики атмосферы план основные уравнения Адиабатический процесс

4.8. Потенциальная устойчивость и неустойчивость
В реальных условиях наблюдаются вертикальные перемещения
крупных объемов воздуха. Это может быть при восходящем движении
воздушной массы вдоль фронтальной поверхности, при переваливании через
горные хребты и в других случаях. Стратификация влажного воздуха при таких движениях может существенно изменяться в зависимости от
вертикального распределения относительной влажности еремещающегося
слоя воздуха.
Рассмотрим два случая. В первом случае стратификация слоя воздуха
до подъема абсолютна неустойчива (рисунок 11). Относительная влажность в
нижней части слоя (ТА) значительно больше, чем в верхней (ТВ). Поэтому частица А быстро достигает уровня конденсации и выше поднимается по влажной адиабате, продолжая медленно охлаждаться. Частица В проходит более длинный путь по вертикали, пока не достигнет уровня конденсации
(ТB`). Стратификация слоя, характеризующаяся теперь линей А`B`, станет влажнонеустойчивой.
Во втором случае начальная стратификация слоя также абсолютно
устойчива (рисунок 12). Но относительная влажность с высотой
увеличивается. При подъеме слоя воздуха уровень конденсации для его
нижней части (ТА`) достигается значительно позже, чем верхнего (ТВ`). Таким образом, слой становится при адиабатическом подъеме ещѐ более
устойчивым.

Рис. 11. Потенциальная неустойчивость Рис. 12. Потенциальная устойчивость
В первом случае стратификация слоя называется потенциально
неустойчивой, во втором – потенциально устойчивой. Первый случай может
наблюдаться, в частном случае, при подъеме воздушной массы вдоль
наветренной части горного хребта. Изменение стратификации может
привести к конвективным движениям и образованию конвективных облаков.
Критериями потенциальной неустойчивости или устойчивости служит
значения температуры смоченного термометра ( ). Если эта температура на
нижнем уровне оказывается меньше, чем на верхнем, т.е. , то это
соответствует потенциальной устойчивости воздушной массы. В
противоположном случае, когда , наблюдается потенциальная
неустойчивость.
Согласно уравнения (4.31), ускорение воздушной частицы зависит от
разности плотности частицы и окружающего еѐ воздуха. Во всех
предыдущих выкладках не учитывалось влияние влажности на плотность
частицы и воздуха. В большинстве случаев это влияние оказывается не
значительным. Но при достаточно высокой температуре и относительной
влажности необходимо считаться с влиянием влажности и во всех
соотношениях этой главы следует заменять кинетическую температуру T на
виртуальную .
Вертикальный градиент температуры заменяют вертикальным
градиентом виртуальной температуры
(4.34)
Так как , то
Сухоадиабатический градиент заменяется градиентом виртуальной
температуры частицы:
(4.35)
Критерий устойчивости атмосферы с учетом влияния влажности на
плотность примут вид: