Úroveň kondenzace

Dolní hranice mraků Sc

Kupovité mraky nad Kandel / Porýní-Falc v letním dni

V meteorologii, úroveň kondenzace nebo oblak kondenzační zóny popisuje na výšku , při které je teplota vzduchu se rovná na rosný bod . Vzduch je tak zcela nasycen vodní párou . Relativní vlhkost 100 procent je s tím synonymem . Kromě vertikálního teplotního profilu závisí výška hladiny kondenzace zásadně na obsahu vlhkosti stoupajícího vzduchového balíku . V meteorologii se obvykle rozlišuje mezi dvěma úrovněmi kondenzace, úrovní zvýšené kondenzace a úrovní konvekce kondenzace .

V zemské atmosféře představuje úroveň kondenzace nadmořskou výšku, ve které se vytvářejí mraky , protože vodní pára začíná kondenzovat, jak nadmořská výška stále stoupá a teplota tak klesá (ve standardní atmosféře za standardních podmínek) . Tato oblast se proto také označuje jako cloudová základna nebo cloudová základna , i když tyto termíny nejsou zcela synonymem pro úroveň kondenzace. Mraková základna se může lišit v závislosti na typu mraku, ale ukazuje shodu s úrovní kondenzace , zejména v případě mraků kupovitého typu, které jsou tvořeny pozvednutím . Výška mraku může být měřena pomocí laserového mrakového výškoměru (ceilografu) nebo v noci pomocí reflektoru mraků a sextantu . V přehledných meteorologických pozorováních prováděných každou hodinu po celém světě odhadují zkušení pozorovatelé počasí také spodní hranice mraků.

V letectví se používá termín cloud strop ( anglický strop ). Hlavní cloudová základna se označuje jako „strop“, pouze pokud je celkový stupeň pokrytí alespoň 5/8. Viditelná spodní hranice jednoho mraku se naopak nazývá cloudová základna .

Abychom se seznámili s oblastí tvorby mraků, je proto nezbytné zabývat se také různými typy úrovní kondenzace. V meteorologii vstupujete do aerologického oddělení . Jak již bylo zhruba vysvětleno výše, úroveň kondenzace popisuje nadmořskou výšku nebo vrstvu, ve které je stoupající vzduchová parcela nasycena vodní párou a kondenzuje nebo resublimuje ve vyšších vrstvách (mrzne, vytvářejí se ledové mraky, jako je cirus ) během dalšího vzestupu .

V dnešní době je docela možné tyto procesy a postupy určit aritmeticky, ale v mnoha případech je také velmi dobře možné provést konkrétní výroky pro určitou oblast pomocí grafických metod. Pro grafické stanovení z. B. kumulativní dolní a horní hranice oblačnosti a dolní a horní hranice vrstvených mraků, jsou použita data získaná z radiosonde výstupů, která jsou dešifrována v jednoduchém logaritmickém diagramu teploty a tlaku a tvoří tak grafiku TEMP . Tlačítko TEMP představuje datový telegram z radiosondy , který obsahuje teplotu a rosný bod, stejně jako výšku tlaku a směr / rychlost větru vysokohorských větrů ve skupinách po pěti . Radiosondy jsou spouštěny čtyřikrát denně, a to vždy v 00Z, 06Z, 12Z a 18Z. Data z radiosondů poskytují meteorologům vertikální sondování zemské atmosféry pro konkrétní oblast.

Úroveň kondenzace nadmořské výšky

Úroveň kondenzace při zvedání (HKN, úroveň kondenzace při zvedání , LCL) představuje výšku nebo plochu, ve které dochází k nasycení nuceným zvedáním , většinou prostřednictvím orografických efektů (přetékání hor / horských pásem) nebo prostřednictvím procesů zvedání a vysouvání vpředu a v dalším průběhu dochází k přesycení s tvorbou vrstev mraků. K tomuto pozvednutí může dojít také v oblastech, kde dochází ke střihu větru , se stejným účinkem.

Stále nenasycený vzduchový balík stoupá v důsledku výše zmíněných účinků až do bodu, kdy dochází ke kondenzaci . Dokud nedosáhne tohoto bodu, balíček pokračuje v adiabatickém ochlazování, přičemž jeho směšovací poměr stále zůstává stejný, dokud není dosaženo pouze sytosti. Je-li balíček nyní zvýšen ještě dále, nad bod nasycení vodní páry, vede další chlazení ke kondenzaci a tím ke tvorbě mraků. V závislosti na tom, jak vysoký je tento HCN, se rozlišuje mezi kondenzací a sublimací .

Pokud se balíček v určitém okamžiku zkondenzoval, nezastaví se (příčiny vzestupu stále existují), ale spíše nadále narůstá. Výstup však již není suchý adiabatický, jako tomu bylo na začátku ze země, ale spíše kvůli předchozí kondenzaci mokrý adiabatický.

Grafické stanovení v diagramu teplota-tlak

V diagramu teploty a tlaku s logaritmickou osou tlaku tvoří HCN průsečík teploty a rosného bodu, když se člověk pohybuje nahoru od suchého adiabatu a od přímky poměru nasycené směsi ( ). HCN se vždy tvoří od počáteční úrovně, tj. Vždy od nulové výšky, což odpovídá výšce místa, kde byla radiosonda spuštěna. ${\ displaystyle T}$${\ displaystyle T _ {\ mathrm {D}}}$${\ displaystyle T}$${\ displaystyle T _ {\ mathrm {D}}}$${\ displaystyle R _ {\ mathrm {w}}}$

Nyní jste určili HCN a víte, z jaké výšky se mohou vytvářet oblaky zdroje nebo vrstvy. Zde je však stále ještě něco velmi důležitého, co je třeba vzít v úvahu: V časných ranních hodinách se v oblasti blízko země nacházejí velmi vysoké hodnoty vlhkosti, které se odpoledne neustále snižují.

Kvůli těmto dvěma příčinám bude HCN stanovený ráno pomocí TEMP 00UTC nebo 06UTC pravděpodobně v průběhu dne významně příliš nízký, kvůli vysoké vlhkosti v blízkosti země . Aby se odstranil tento zdroj chyby, je možné určit HCN ₁ , který tvoří průsečík křivek a ( podél suchých adiabatů, podél linie poměru saturační směsi) dolních 30 hPa. Průměr je tedy v rozmezí od počáteční úrovně až po 30 hPa nahoru a vylučuje tak část vlhkosti vzduchu obsaženou v blízkosti země . ${\ displaystyle T}$${\ displaystyle T _ {\ mathrm {D}}}$${\ displaystyle T}$${\ displaystyle T _ {\ mathrm {D}}}$

Existuje však také možnost stanovení HKN pro jakoukoli výšku, aby se např. B. být schopen předpovědět, zda v této výšce může dojít ke kondenzaci a tvorbě mraků. Tento HKN se pak označuje jako HKN ₂ .

Chceš z. B. Pro hladinu (tlakovou oblast) 500 hPa víte, zda je možná tvorba mraků, pak se průsečík suchých adiabatů s linií se stejným poměrem nasycení míchání oblasti 500 hPa označuje jako HCN ₂ .

Úroveň kondenzace konvekce

Úroveň konvekční kondenzace (KKN nebo Cumulusova úroveň kondenzace) popisuje výšku nebo hladinu, při které je stoupající vzduchová parcela nejprve nasycena vodní párou a kondenzuje, jak dále stoupá . Je třeba poznamenat jeden důležitý rozdíl vůči HKN: KKN není založen na nuceném zvedání jako u HKN, ale zde jde o zdvih kvůli tepelným vlivům na podloží, termice . Tím se vytvoří mrak způsobený tepelnými vlivy. Stoupající vzduch kondenzuje na úrovni KKN a stále více „čerstvého“ vzduchu je přiváděno zespodu, jako v jakési hadici, která umožňuje hromadění mraku růst ve svislé tloušťce. Při klouzání se tomuto „odvzdušňovacímu proudu“ říká také „termální hadice“.

S vhodnou teplotní stratifikací (gradient větší než vlhkost adiabaty) a bez rušivých vlivů na tvorbu mraků, jako např B. Střih větru v počátečním stadiu nebo unášení (vysychání výsledného mraku, Cu fractus) by kupa nadále rostla vzhůru, dokud se nestala bouřkovým mrakem (cumulonimbus, Cb) a s rozvojem a rozšířením zóny sestupného proudění ve studeném vzduchu proudí dole a ničí tak sám oblast stoupajícího proudu, kterou mrak potřebuje k růstu a životu.

V průběhu dne (za předpokladu průměrného letního dne) se podlaha zahřívá stále více a více, až do bodu, kdy je vrstva vzduchu v blízkosti podlahy tak zahřátá, že se jednotlivé „vzduchové balíčky“ (tepelné bubliny) rozpouštějí a stoupat. Tento bod je také známý jako spouštěcí teplota . Toto je velmi důležitá proměnná, zejména pro piloty kluzáků a kluzáků , jejichž stanovení může ovlivnit celé denní plánování. ${\ displaystyle T _ {\ mathrm {A}}}$

Kumulativní mrak nad poli jižní Falce , zaznamenaný mezi Kandel a Steinweiler, kvůli tepelným účinkům

Tepelné bublina nejprve stoupá sušit adiabaticky při zachování jeho nasycení směšovací poměr . V určitém okamžiku dosáhne nasycení vodní párou a dalším stoupáním kondenzuje. Vzniká kupovitý mrak (Cumulus humilis, Cumulus mediocris).

Stejně jako HKN lze i KKN graficky určit velmi snadno: Vezměte průsečík čáry se stejným poměrem saturace a míchání s teplotní křivkou TEMPS a již jste vytvořili KKN. Výchozím bodem je opět výška 0, která odpovídá počáteční úrovni výstupu balónu. Když se však ráno stanoví graficky KKN, hraje vzdušná vlhkost blízko země opět velmi velkou, padělanou roli. Stejně jako u ostatních grafických hodnocení lze této chybě zabránit průměrováním dolních 30 hPa. Bod, ve kterém se protíná střední poměr nasycené směsi 30 hPa s křivkou teplotního stavu, se pak označuje jako KKN ₁ .

Jakmile je stanoven KKN, lze snadno určit spouštěcí teplotu, která je pro meteorology velmi zajímavá . V grafu jednoduše přejdete z KKN stanoveného suchého adiabaticky zpět na počáteční úroveň a odečtete teplotu v bodě, ve kterém dorazíte . To pak představuje: Aby se zabránilo padělání vysoké vlhkosti vzduchu, je možné stanovit suchým adiabatickým způsobem na počáteční hladinu z KKN1 ; v důsledku vyloučení vlhkosti a skutečnosti, že KKN1 je vyšší než KKN, by to mělo také vést k mírně vyšší spouštěcí teplotě. ${\ displaystyle T _ {\ mathrm {A}}}$${\ displaystyle T _ {\ mathrm {A}}}$${\ displaystyle T _ {\ mathrm {A1}}}$

Pokud chcete v létě za sálavého počasí určit KKN, může se stát, že KKN1 je stále příliš nízká, a tedy také . To je způsobeno rozdílem mezi teplotou a rosným bodem, který se nazývá rozpětí, nebo rozdílem rosného bodu , který se v průběhu dne zvyšuje za slunečných dnů . Tomuto stavu lze čelit vytvořením KKN ₂ . K tomu _je zprůměrována celá oblast mezi počáteční úrovní a KKN ₁ . To dává průměrný poměr nasycení směsi pro oblast blízko země. Pokud nyní přejdete od tohoto poměru střední saturační směsi k průsečíku s teplotní křivkou, vytvořili jste KKN ₂ . Na základě toho je nyní také možné určit, které radiační vlivy v průběhu dne a vysoké hodnoty vlhkosti v ranních hodinách jsou vyloučeny jako zdroje chyb. ${\ displaystyle T _ {\ mathrm {A1}}}$${\ displaystyle T _ {\ mathrm {A2}}}$

KKN lze také zhruba určit pomocí pravidla palce podle Fritze Henninga , které zahrnuje aktuální rozpětí:

• Šíření 400 = oblačná základna ve stopách
• Spread 125 = základna mraků v m

příklad

Teplota je 30 ° C a rosný bod je 10 ° C. Výsledkem je rozpětí 20 ° C, protože rozpětí je rozdíl mezi teplotou a rosným bodem. Pokud vynásobíte rozpětí 20 ° C číslem 400, dostanete se k vypočítané dolní mezní oblačnosti zdroje 8000 stop, nebo vynásobené 125 dolní hranici 2500 m.

Tento vzorec se používá v každodenním životě, zejména v letních dnech, k pozorování počasí, protože kupovité mraky se často odhadují příliš nízko. Kromě pohledu na zvýšení TEMP má pozorovatel vodítko pro cloudovou základnu.

Vzorec by se však měl použít pouze k určení dolních mezí konvekční oblačnosti , protože využívá charakteristiky KKN. Další procesy tvorby mraků, např. B. jsou zodpovědné za tvorbu stratus nebo stratocumulus vrstva (klouzavé procesy na teplé frontě) zde nejsou brány v úvahu.

Porovnáme-li HKN a KKN, lze konstatovat, že HKN je obvykle nižší než KKN. Pokud je však atmosféra v době grafického určení stratifikována suchým adiabatickým způsobem a výstup balónu až k HKN, mohou být KKN a HKN ve stejné výšce.

Úroveň konvekce zdarma

Úroveň volné konvekce (NFK) představuje tlakovou plochu, ze které se vzdušný balík, který byl dříve nucen (nebo dynamicky) zvyšován s využitím energie (např. Sklouznutím na horu nebo vpředu), nyní automaticky (uvolněním) z latentní energie při kondenzaci vodní páry), stále stoupá, to znamená bez nutnosti externího zdroje energie (vnější síla). Vzhledem k tomu, že vzduchový balíček nad NFK je trvale teplejší než okolní vzduch - a tedy lehčí - vztlak pokračuje i bez externího nuceného zdvihu. Nad NFK se tepelně indukovaný výtah, který se zvyšuje uvolňováním latentních energií, zhroutí pouze tehdy, když se termodynamické podmínky vzduchového balíčku (teplota, obsah vody, tlak, hustota) přizpůsobí podmínkám okolí. To se děje na úrovni neutrálního vztlaku (LNB), nazývaného také rovnovážná úroveň . Vzduchová zásilka se však kvůli setrvačnosti zastaví (relativní) (rovnovážný stav) pouze ve větších výškách . S tímto překmitem dojde u parcely k negativnímu vztlaku a je tak vrácen na úroveň neutrálního zdvihu v teoretickém modelu . Rozhraní mezi povrchy mraků mají často fraktální strukturu. Pokud je rovnováha na úrovni tropopauzy , nasycený vzduch proudí do strany ve viditelném tvaru kovadliny .

Zde je několik referenčních hodnot pro povětrnostní jevy založené na horních mezních teplotách oblačnosti (WO ve ° C) a tloušťce kumulovaných mraků od limitu nulového stupně (WD):

Cu ( cumulus ) a Cb ( cumulonimbus ) jsou běžné zkratky pro tyto typy mraků . „Cal“, „inc“ a „cap“ označují poddruh, přičemž „cal“ znamená calvus, který popisuje tvar bouřkového mraku jako hladký, monotónní. „Čepice“ znamená capillatus a popisuje vláknitou strukturu horní hranice oblačnosti, která je vytvářena námrazou. „Inc“ znamená incus, bouřkový mrak připomíná kovadlinu , je uveden obraz typického bouřkového mraku se silně ledovou horní částí.

Thundercloud / Cb cap, inc přes pole jižní Falc

Tato tabulka je zvláště užitečná při interpretaci satelitních snímků . Tabulka je také vhodná pro přibližné stanovení očekávaných povětrnostních jevů při hodnocení TEMPS .

Pokyny pro grafické stanovení hladin zde platí konkrétně pro diagram teploty a tlaku (jednoduše logaritmický papír, ve kterém je logaritmická osa použita jako osa tlaku), nikoli pro Stueve nebo jiné diagramy.

Při každodenní předpovědi počasí je z aerologických dat radiosond získáváno velké množství důležitých dat. Hodně je již vypočítáno počítačem , ale je důležité pochopit vztah mezi úrovní kondenzace a tvorbou mraků. Různé výpočty nebo odhady lze také rychle a snadno provést pomocí diagramových papírů.

webové odkazy

• Andreas Kalt: Výukový modul „Adiabatické procesy“. Voda v atmosféře. In: Základy WEBGEO / klimatologie. Institut pro fyzickou geografii (IPG) na univerzitě ve Freiburgu , 1. dubna 2003, přístup ke dni 14. prosince 2010 . 
• Radiosonde diagramy z celého světa
• Sondování pro střední Evropu

Individuální důkazy

1. ↑ Počasí a podnebí - Německá meteorologická služba - Glosář - G - Celkové pokrytí. Citováno 6. ledna 2021 .