A rendelkezésre álló konvekciós potenciális energia (EPCD), angolul konvektív elérhető potenciális energia (CAPE), az a tömegegységre jutó potenciális energia , amelyet a levegő parcellája melegebb, mint a környezete, ami Archimedes felfelé tolását eredményezi . Ez akkor következik be, amikor túllépik a légtömeg szabad konvekciójának szintjét . A EPCD mérjük joule per kilogramm (J / kg), vagy, ami egyenértékű, de kevésbé általánosan használt, a négyzetméter per square második (m 2 / s 2 ).
A környezeti levegőnél magasabb hőmérsékletre melegített légcsomag kevésbé sűrű, mint az utóbbi, és függőleges gyorsuláson megy keresztül . Saját hőmérséklete az ideális gáztörvénynek ( ) megfelelően változik emelkedése során. A cselekmény tovább fog mászni, amíg el nem éri azt a magasságot, ahol a hőmérséklete megegyezik a környező levegő hőmérsékletével. Ezután lassulás lesz, ha hidegebb lesz, mert akkor sűrűbb lesz, mint a környezet. A diagram által felhalmozott energiát az emelkedés kezdete és az a pont között, ahol a diagram visszatér a környezettel azonos hőmérsékletre, a két virtuális hőmérsékleti görbe közötti terület integrálja számítja ki (beleértve a páratartalom hatását is):
Mivel ez a potenciális energia mozgássá alakul , ezért kiszámíthatjuk a frissítés maximális sebességét, amelyet az EPCD és az egységnyi tömegre jutó kinetikus energia egyenletének (E c ) egyenletével hozunk létre . Ez csak súrlódás és a környezeti levegővel való keveredés nélkül érvényes:
Ebből kifolyólag :
A gyakorlatban a légköri beszívás miatt a frissítés maximális sebességét el kell osztani 2-vel, és ekkor megkapjuk:
Tehát, ha az EPCD értéke 6000 J / kg (ami szélsőséges érték ), a maximális feltöltési sebesség 55 m / s lenne, ami ésszerű érték adott körülmények között. Mivel az EPCD általában 500-2000 J / kg nagyságrendű, és 1000 J / kg átlagos érték 22 m / s-nak felel meg, ami ésszerű érték egy átlagos intenzitású zivatar esetén is.
A részecskemódszerrel a részecske magassággal történő hőmérsékletváltozását követik különböző termodinamikai diagramok segítségével . Ez abból áll, hogy követi a légkör hidrosztatikus stabilitásának állapotát a légrészecske függőleges elmozdulásának függvényében, és a környező levegő állítólag nyugalomban marad. Csak a tephigram és a Skew-T teszi lehetővé a rendelkezésre álló potenciális konvekciós energia (EPCD) közvetlen kiszámítását a részecske és a környezet hőmérséklete közötti terület alapján.
A jobb oldali ábrán a narancssárga vonal a légrész hőmérsékletét, a fekete vonal pedig a környezet hőmérsékletét mutatja. A 313. szint (31 300 láb ) alján a cselekmény melegebb, EPCD-je pedig a sárga vonal a két vonal között. A 313. szint felett az emelkedő ábra hidegebbé válik, mint a környezet, és az ott talált sárga zóna negatív, és a telek lassulási zónáját reprezentálja. Amikor ez utóbbi zóna megegyezik az EPCD zónájával, a diagram elérte a nulla sebességet és a maximális magasságot.
Az EPCD az egyik paraméter, amelyet a zivatar erőszakos potenciáljának becslésére használnak. Sőt, minél erősebb a feláramlás , annál jobban képes ellenállni a nagy jégesőnek vagy a nagy csapadékmennyiségnek . Ezenkívül, ha az emelkedő áramnak van bizonyos forgása, akkor jó esély van tornádók kialakítására . Az EPCD azonban nem az egyetlen tényező, mivel a szélnyírás a magassággal is döntő fontosságú.
Itt vannak az EPCD tipikus értékei:
A viharok akkor keletkeznek, amikor a légcsomagok felemelkednek a légkörben, és felhő típusú cumulonimbust alkotnak, amelynek teteje jégkristályokból áll. Ez a mély konvekciónak nevezett jelenség akkor fordul elő, amikor a telített légcsomag önmagában emelkedik, miközben egyre melegebbé válik a környező levegőhöz képest. A Föld légköre általában melegebb a Föld felszíne közelében, mint magasabb a troposzférában . A hőmérséklet magassággal történő változásának sebességét gradiensnek nevezzük. Ha ez nagyobb, mint a telített hőgradiens, akkor a felfelé mozgásba behozott diagram felgyorsul, mert ez a diagram egyre forróbb lesz, ezért egyre kevésbé sűrű a környező levegőhöz képest.
A rendelkezésre álló konvektív potenciális energia (EPCD) mennyisége és a szabad konvekció szintje határozza meg a frissítések sebességét . A szélsőértékekkel elérhető potenciális konvekciós energia a zivatarok robbanásszerű fejlődésének oka lehet; ilyen fejlemény akkor következik be, amikor a hőmérséklet-inverziós réteget, amely blokkolja a jelentős konvektív fejlődést, átlyukasztják, mint egy edény forró víz fedelét. Ez a jelenség Észak-Európában nyáron gyakori, amikor a Szaharából érkező levegő tömege közepes magasságban ad elő. Ez a légtömeg kezdetben blokkolja a jelentős konvekciókat, és a föld közelében levő levegő egyre melegebbé válik, amíg a „fedél ki nem pattan”. Az EPCD mennyisége meghatározza azt az örvényesség mennyiségét is , amely a tornádikus fejlődést okozó frissítésekben benne van és később felerősödik . Míg a számított EPCD közötti 0 km és 3 km kritikus a kialakulását tornádó, az összeg a EPCD át átlagos légköri szinten kritikus a kialakulását a szupercella viharok . Így nagyon nagy jégeső csak erőszakos frissítések és ezért jelentős EPCD esetén képződhet, bár a forgó frissítés erőteljesebbé válik, ha az EPCD kevesebb. A nagy EPCD a villanások számát is előnyben részesíti.
Két híres rossz időjárási epizód fordult elő 5000 J / kg- nál nagyobb EPCD során . Két órával a Oklahoma tornádó a 3 május 1999 a légköri hangzású a Oklahoma City számolt egy köpenyt 5000 J / kg kb. Két órával később egy tornádó EF5-ös csapat pusztította el a város déli külvárosát. Ismét a2007. május 4, 5200 és 5700 J / kg közötti EPCD értéket értek el, és egy EF5-ös tornádó rombolta a Kansas állambeli Greensburgot . E két nap alatt egyértelmű volt, hogy tornádók fognak kialakulni; az EPCD kivételes értékei azonban nem váltották ki. Azonban szélső értékei EPCD az oka Updraftok vagy downdrafts elérte fenomenális sebességgel. Például olyan események, mint az EF5 tornádók, amelyek az illinois -i Plainfield-et érik1990. augusztus 28és Jarrell (Texas) tovább1997. május 27nem fordult elő, amikor a súlyos tornádók kockázata látszólag magas volt. Az EPCD-t Plainfield és Jarrel esetében 7000 J / kg- ra becsülték .
Súlyos rossz időjárás és tornádók alakulhatnak ki alacsony EPCD-vel (1000 J / kg nagyságrendű ). Jó példa erre az uticai tornádikus esemény (in), amely Illinois-ban és Indiana-ban következett be2004. április 20. Az általános EPCD kicsi volt, de az EPCD fontos volt a légkör alsó rétegeiben; vékony szupercellás viharokat váltott ki, amelyek intenzív és tartós tornádókat okoztak .