Izentropikus elemzés

Az izentrópiás elemzés (az entrópia változása nélkül ) a meteorológiában egy olyan módszer, amely meghatározza a szabad légkörben egy adiabatikus folyamatban a légrészecskét követő függőleges és oldalirányú mozgást . Időjárási térképek vagy vertikális értékvágások tanulmányozásán alapul a potenciális hőmérséklet (vagy potenciális hőmérséklet-ekvivalens ) állandók. A légrészecske állapotának ezen izofelületek szerinti átalakulása a környezettel való hőcserék nulla egyensúlyát eredményezi. Ezek az elemzések lehetővé teszik a levegő stabilitásának megismerését is, ha egy légrészecske függőlegesen keresztezi őket.

Szinoptikus szempontból a potenciális hőmérsékleti izolinek meteorológiai térképen történő szélszállítása lehetővé teszi a meteorológiai frontok és a kapcsolódó felhős zónák, valamint a légtömegek dinamikájának jobb azonosítását , mint az izobár analízis. Egy mezoskálájú szempontból , ez lehetővé teszi, hogy meghatározza a rétegek a légkörbe, ahol lehetőség van a fejlesztési konvektív felhők , vagy éppen ellenkezőleg, a réteges felhők , mint a nimbosztrátusz .

Elv

A nagyméretű, úgynevezett szinoptikus légtömegek mozgása magában foglalja a mozgó légrészecskék térfogatának és hőmérsékletének változását egy adiabatikus folyamatban, ahol ideális esetben nincs hőcsere a környezettel. Az ilyen folyamatot végző részecske megtartja potenciális hőmérsékletét és ezzel egyenértékű potenciális hőmérsékletét, mert ez azt a hőmérsékletet képviseli, amelyet egy légrészecske a tengerszint feletti magasságától függetlenül normál nyomásra visszahozott:

θ=T(Pstnál nélnemdnál nélrdo)Rnál nélvs.o{\ displaystyle \ theta = T \ balra ({\ frac {P_ {standard}} {p}} \ jobbra) ^ {\ frac {R_ {a}} {c_ {p}}}}

Vagy:

• T{\ displaystyle \ scriptstyle T}a folyadék hőmérséklete ( Kelvinben ) a nyomás szintjéno{\ displaystyle \ scriptstyle p}
• Rnál nél{\ displaystyle \ scriptstyle R_ {a}}az ideális levegő gázállandója (amely megfelel az a univerzális ideális gázállandó , és a moláris tömege levegő)R/Mnál nél{\ displaystyle \ scriptstyle {R} / {M_ {a}}}R{\ displaystyle \ scriptstyle R}Mnál nél{\ displaystyle \ scriptstyle M_ {a}}
• vs.o{\ displaystyle \ scriptstyle c_ {p}}fajlagos hő állandó légnyomáson.

És: Rnál nél/vs.o=27=0,286{\ displaystyle \ textstyle {R_ {a}} / {c_ {p}} = {\ frac {2} {7}} = 0,286}

Az izentrikus felületi térképek tehát a légcsomag adott ekvivalens hőmérsékletére mutatják azt a nyomásszintet, ahol az a légkörben található. Ezzel egyenértékű térképek is lehetségesek , amelyek mutatják az adott nyomásszint változását . θ{\ displaystyle \ scriptstyle \ theta}

Függőleges mozgást egy izentropikus felületen történik által nyomás advekció , egyenértékű hőmérséklet advekciós a izobár felületen (nyomás térkép). Így 850  hPa hőmérsékleten történő előrehaladás megfelel az emelkedési zónának, tehát az izentrikus felület magasságának változásának.

használat

Szinoptikus skála

Általában a troposzférában a hőmérséklet a magassággal csökken. Potenciális hőmérsékletre történő átalakulásával ez azt jelenti, hogy ez a magassággal csökken. Ezenkívül a légtömegek melegebbek az Egyenlítő közelében, és hőmérsékletük ekvivalens nyomásszint mellett csökken, miközben a pólusok felé haladnak. Ez azt jelenti, hogy az izentrikus (egyenlő ) felületek lejtése a hidegebb légtömegek felé haladva emelkedik. Első közelítésként egy izentrópikus felület mentén a forró levegő áramlása emelkedésnek, míg a hideg levegő áramlásának leereszkedése megy végbe. A nyomásszint-változó zónák tehát megfelelnek a meteorológiai frontoknak . θ{\ displaystyle \ scriptstyle \ theta}

Hasonlóképpen, az izentrópiás elemzés lehetővé teszi a páratartalom mozgásának három dimenzióban történő követését, ellentétben az izobár analízissel, amely csak állandó nyomáson történő változásait teszi lehetővé. Kétdimenziós térképen az izentropikus emelkedés és a nedvesség függőleges mozgásának területe ( keverési arányvonalak) megfelel az izentropikus térkép azon területének, ahol a szelek ( az áramvonalakkal párhuzamosan ) keresztezik a keverési arány vonalait és. csökken. Ez azt mutatja, hogy az izentrikus felületet követő levegőrészecske fokozatosan emelkedik a nyomásszint által jelzett magasságig, és hogy ezen a szinten megnő a páratartalom. Ez tehát a meleg front mentén kialakuló csapadékképződéssel jár . θ{\ displaystyle \ scriptstyle \ theta}

Ezzel szemben a süllyedés egy olyan területnek felel meg, ahol a szél növekvő értékeket és keverési arányt keresztez . Ez azt jelzi, hogy a nagy magasságból (alacsonyabb nyomás) érkező levegő alacsonyabb magasságba ereszkedik, és szárazabb levegőt hoz, ezért hideg front mögött . Természetesen a diabéteszes folyamatok , amelyekben látens hőcserét végeznek a légtömeg és a környezet között, például éjszakai hűtés vagy nappali fűtés a föld felszíne közelében , torzítják az izentrikus adatokat. θ{\ displaystyle \ scriptstyle \ theta}

A cikk elején található kép a coloradói hóvihar helyzetének izentropikus elemzését mutatja be1997. október 24. A meteorológiai műhold által készített felhőkről készült fénykép rá van helyezve. A felhőfej helyzete jól megfelel az izotropok dőlésről északra eső advekciójának, míg a délnyugati kvadrátban az ég kitisztulása jól korrelál a déli magas izotropok advekciójával.

Konvektív skála

A potenciális hőmérséklet fogalma lehetővé teszi a légtömeg különböző magasságú légcsomagjainak összehasonlítását is. Az izentrikus felületeken átmenő függőleges metszet mutatja a hőmérsékleti rétegződést, és megadja a levegő hőstabilitását:

• Ha a magassággal csökken, instabil légtömegünk vanθ{\ displaystyle \ theta}
• Ha a magassággal azonos marad, akkor semleges légtömegünk vanθ{\ displaystyle \ theta}
• Ha a magassággal növekszik, akkor stabil légtömegünk vanθ{\ displaystyle \ theta} .

A potenciális hőmérsékleti adatok függőleges szakasza, amelyet egy numerikus időjárás-előrejelzési modell figyel meg vagy jósol meg , ezért egyenértékű egy rádiószonda elemzésével egy tefigrammon vagy egy emagramon, de három dimenzióban. A meredekség és az izotropok közötti távolság jelzi, hogy mennyire stabil vagy instabil a levegő.

Előnyök és hátrányok

Előnyök

Az alapfeltevés szerint a levegő mozgása a szinoptikus skálán adiabatikusan száraz. Ez azt jelenti, hogy a határréteg felett szabad légkörben vagyunk, ahol a geosztrofikus közelítés viszonylag jó. Ez a közepes szélességi körökben gyakori helyzet, és jól működik a frontális mélységek elmozdulásával. Az elemzés lehetővé teszi:

• becsülje meg közvetlenül a légrészecskék pályáját az izentrikus felületek mentén tapasztalt nyomás- és széladatok alapján (cm / s);
• jobban leírja a levegő háromdimenziós mozgását a troposzférában és az izobár felületeken, valamint mind a vízszintes mozgást, mind az utóbbit, ha a részecskék függőleges sebessége elhanyagolható a vízszinteshez képest;
• az izobár koordináták izentróppá történő átalakítása leegyszerűsíti az örvényesség kiszámítását a légköri primitív egyenletekben. Ez válik az izentropikus potenciális örvényré .

Hátrányok

Másrészt az izentropikus elemzésnek van néhány közelítése, amelynek vannak hátrányai:

• A szinoptikus áramlás nem teljesen száraz és / vagy adiabatikus, különösen abban a határrétegben, ahol a levegő függőlegesen keveredik és ésszerű hőcsere zajlik a talajjal. Ugyanez említhető azokon a területeken, ahol jelentős a páralecsapódás (felhők, eső és konvektív felhők);
• Amikor a potenciális hőmérséklet csökken a tengerszint feletti magassággal, amely nappali melegítéskor a talaj közelében gyakori, a két érték két magasságnak felelhet meg;θ{\ displaystyle \ scriptstyle \ theta}
• Amikor majdnem állandó a magassággal, amely gyakori abban a határrétegben, ahol a levegő keverése homogenizálódik, nehéz lehet meghatározni, hogy az izentrópikus felület milyen izobár értéken van. Ebben a helyzetben azonban a többi paraméter (keverési arány, szél stb.) Általában azonos az izentrikus felület magasságával.θ{\ displaystyle \ scriptstyle \ theta}
• Az állandó magasságban lévő felületekkel ellentétben az izentrikus felületek átvágják a talajt, mert 1000  hPa- os standard nyomásra vannak kiszámítva , és meredekebb a lejtés, mint az izobár felületek;
• Az izotróp térképek ritkábban fordulnak elő, mint a szokásos meteorológiai térképek, mert egyes meteorológiai adatokat nehéz átalakítani ezekre a koordinátákra;
• Az izentrópikus felületek standard értékei az évszaktól függően változnak, a téli légtömegek ( 290–295  K ) teátajellemzői teljesen eltérnek például a nyári értékektől ( 300  K vagy több), míg a szokásos izobár felület (850, 500, 250  hPa ) egész évben használható.

Megjegyzések és hivatkozások

1. Meteorológiai Világszervezet, "  Isentropic Analysis  " , Meteorology on Eumetcal Glossary (hozzáférés: 2014. június 18. )
2. Fordítási szolgáltatás, "  Isentropic Analysis  ", a Termium , Public Works and Government Services Canada (hozzáférés : 2014. június 18. )
3. Meteorológiai Világszervezet, "  Surface isentrope  " , Meteorology on Eumetcal Glossary (hozzáférés: 2014. június 18. )
4. (in) "  Isentropic Analysis  " , COMET (hozzáférés: 2014. július 22. )
5. (en) James T. Moore, "  Isentropic Analysis  " [ppt] , a NOAA-n (hozzáférés : 2014. június 12. )
6. Meteorológiai Világszervezet , „  izentropikus Analysis ,  ” a Eumetcal (elérhető április 11, 2014 )

<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">