大氣穩定度 - 科學Online - 國立臺灣大學
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在對流層中,溫度隨高度遞減,稱為大氣(環境)溫度直減率。
氣塊受外力而運動,在運動過程中不與環境交換熱能,稱為絕熱過程,當空氣塊以絕熱過程垂直 ...
Saturday15thJanuary2022
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大氣穩定度(Atmosphericstability)
國立臺灣師範大學科學教育研究所吳佳蓉研究生/臺灣師範大學科學教育研究所許瑛玿教授責任編輯
在對流層中,溫度隨高度遞減,稱為大氣(環境)溫度直減率。
氣塊受外力而運動,在運動過程中不與環境交換熱能,稱為絕熱過程,當空氣塊以絕熱過程垂直上升,周遭環境的氣壓減低,會使空氣塊體積膨脹,溫度下降。
反之,空氣塊以絕熱過程垂直下降時,周圍氣壓升高,體積被壓縮,溫度上升。
若過程中空氣未飽和而沒有凝結發生,稱為乾絕熱過程,未飽和空氣塊以絕熱過程垂直上升時,每上升1公里溫度降低約10℃,為乾絕熱直減率;若氣塊中的水氣飽和而有凝結發生時,則為溼絕熱過程,飽和空氣塊以絕熱過程垂直上升時,溫度遞減率每上升1公里平均6℃,為溼絕熱直減率。
當空氣塊上升後,若溫度比周圍環境低,此時氣塊的密度比環境大氣的密度大,若無其他機制影響,此氣塊便不會繼續上升,而回到原來的位置,大氣呈現穩定狀況;若空氣塊的溫度比周圍環境高,則密度較小的空氣塊因浮力而繼續上升,即為不穩定大氣,氣塊會持續降溫,使水氣達飽和成雲,可能形成降水;若空氣塊溫度與環境相同,則密度相同,氣塊走到那便停在那,為中性大氣。
因此,大氣層之氣塊經移動後,有回復原位之傾向為「穩定」,有遠離原位之趨勢為「不穩定」,若該氣塊既不回復原位,也不繼續遠離,則為「中性穩定」。
(一)穩定大氣
如果氣溫的縱向分佈限制了空氣的垂直運動,就稱為「穩定大氣」,當較輕的空氣在較重的空氣上面時,就會有這種情形。
在相同壓力下,溫度較高的空氣密度較小,若上方空氣比下方暖,稱為逆溫(temperatureinversion),此時大氣非常穩定。
在穩定大氣的情況下,假設有一氣塊因某種原因上升時,無論上升至什麼高度,都會覺得自己比周圍空氣冷而重,因此必須降回原來的高度;相反來說,當它下降時,一定會感到自己比周圍空氣暖而輕,故上升到原來的高度。
因為氣塊經常保持原來的高度,所以便稱為穩定大氣。
(二)不穩定大氣
如果大氣情況能幫助空氣垂直方向運動,就稱為「不穩定大氣」,即是較重的空氣在較輕的空氣上面。
在這情況下,假設有一塊空氣因為某種原因上升時,無論上升至什麼高度,都會覺得自己比周圍空氣暖而輕,因此會繼續上升;相反來說,當它下降時,一定會感到自己比周遭空氣冷且重,所以會繼續下降。
(三)條件性不穩定
當環境(大氣)溫度直減率小於絕熱直減率時,大氣就趨於穩定;假如環境直減率大於絕熱直減率時,大氣就變得不穩定。
由於飽和空氣和未飽和空氣的直減率不同,當環境直減率小於濕絕熱直減率時,大氣必定屬於穩定;環境直減率大於乾絕熱直減率時,大氣必定屬於不穩定(如下圖)。
假如環境直減率介於濕絕熱直減率及乾絕熱直減率時,這種情況稱為條件性不穩定(conditionallystable)。
在這情況下,未飽和空氣會變得穩定,但飽和空氣則仍然不穩定。
環境直減率與大氣穩定度的關係圖(來源:http://www.weather.com.hk/learn/cloud3.asp)
參考資料:
1.中華百科全書「大氣穩定度」條目http://ap6.pccu.edu.tw/Encyclopedia/data.asp?id=4901
2.台灣大百科全書「大氣穩定度」條目http://taiwanpedia.culture.tw/web/content?ID=3331
3.香港天氣資訊中心:雲和天氣http://www.weather.com.hk/learn/cloud3.asp
Tags:Atmosphericstability,大氣穩定度
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Thereare6commentsforthisarticle
您好:第三點條件性不穩定中,第二行「由於飽和空氣和『為』飽和空氣的直減率不同」的「為」,應該改為「未」。
謝謝您!
親愛的訪客,謝謝您細心的提醒喔!
管理員teresa敬啟
在大氣不穩定情況下,當空氣塊下降時,一定會感到自己比周圍空氣暖而輕,所以會繼續下降。
這句話是不是有誤應該是比周遭空氣冷且重才會造成一直下降吧?
Pingback:「想要一朵雲嗎?爸爸做給你」有了充氣筒,在家也能自己造雲!|vMaker
在大氣不穩定情況下,當空氣塊下降時,一定會感到自己比周圍空氣”暖而輕”,所以會繼續下降。
這句話應該是比周遭空氣冷且重才會造成一直下降吧?
我覺得樓上說的沒錯,是有誤吧?
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