Nosta maanpinnan ilmapakettia ja seuraa sen jäähtymistä. Kun lämpötila saavuttaa kastepisteen, vesihöyryä alkaa tiivistyä pilvipisaroiksi. Vapauta paketti ja katso, pyrkiikö se alas vai jatkaako se nousua.
01 · Ilmapaketista pilveksi
02 · Miksi nousu jatkuu tai pysähtyy?
Lämpötila korkeuden mukanaPaketin lämpötila ja kastepiste yhtyvät LCL:ssä. Ympäristöä lämpimämpi paketti saa ylöspäin suuntautuvan nosteen. Kuva on lämpötila–korkeuskaavio, ei Skew-T.
Kastepiste ja pilvipohja
Mitä pienempi lämpötilan ja kastepisteen ero on, sitä vähemmän ilmaa tarvitsee nostaa kyllästymiseen. Näkyvä pilvi on pieniä vesipisaroita tai jääkiteitä. Vesihöyry itsessään on näkymätöntä.
Stabiili ja labiili ilma
Vakaassa ilmassa nostettu paketti muuttuu ympäristöään kylmemmäksi ja sen nousu jarruttuu. Tämän demon labiili vaihtoehto on ehdollisesti epävakaa: paketti tarvitsee ensin nostoa, jotta kyllästyminen ja vapaa konvektio voivat käynnistyä.
Cu → kasvava Cu → Cb
Kosteus, riittävä noste ja syvä epävakaa kerros voivat kasvattaa kumpupilvestä Cb-pilven. Vakaa yläkerros rajoittaa kasvua ja tukee alasimen muodostumista. Pelkkä korkea pilvi tai suuri suhteellinen kosteus ei yksin todista ukkosta.
Kyllästyminen synnyttää pilven. Ympäristöön verrattu noste ratkaisee, saako se kasvuvoimaa.
Kokeile näitä havaintoja
- Pidä lämpötila 24 °C:ssa ja muuta kastepistettä. Miten LCL muuttuu? Kokeile myös T = Td: kyllästymistaso on jo maanpinnalla, mutta tämä ei yksin takaa näkyvää sumua.
- Valitse Vakaa pilvikerros. Vapauta paketti. Se laskee ja pilvi haihtuu mallissa alaspäin lämpenemisen myötä.
- Valitse Labiili. Nosta pilvipohjalle ja vapauta. Kyllästyminen ei vielä takaa vapaata nousua: vertaa paketin ja ympäristön lämpötiloja.
- Valitse Cb-esimerkki. Paketti on nostettu vapaan konvektion tason yläpuolelle. Vapauta ja seuraa pystykasvua ja vakaata yläkerrosta.
- Valitse Kuiva labiili ilma ja vapauta. Sama ympäristön lämpötilaprofiili ei takaa Cb-kehitystä, kun kyllästymiseen ja vapaaseen konvektioon tarvittava nosto puuttuu.
Malli ja rajaukset
Maanpinnan ilmapakettia seurataan korkeuden funktiona. Ennen kyllästymistä T pienenee 9,8 °C/km ja Td 1,8 °C/km. Näiden erotuksesta LCL = (T − Td) / 8 × 1 000 m. LCL:n yläpuolella käytetään vakioista 6 °C/km:n kylläisen paketin jäähtymistä, ja Td asetetaan T:n suuruiseksi. Todellinen kostea adiabaattinen lämpötilagradientti riippuu lämpötilasta ja paineesta. Suhteellinen kosteus lasketaan Magnus-approksimaatiolla veden suhteen; jäätymisvaiheen erot jätetään pois.
Ympäristön lämpötila pienenee vakaassa asetuksessa 4 °C/km ja labiilissa 8 °C/km. Molemmissa lämpötila alkaa nousta 1 °C/km 8 km AGL:n yläpuolella. Vakaa yläkerros on havainnollistava mallivalinta, ei ilmoitus tropopaussin vakiokorkeudesta. Vapaan konvektion taso LFC ja tasapainotaso EL näytetään, jos tämä profiili sallii vapaata konvektiota.
Vapautuksen nostekiihtyvyys on g × (Tpaketti − Tympäristö) / Tympäristö kelvineinä. Mukana on lineaarinen vaimennus 0,02 s⁻¹ ja havainnollistava pystynopeuden rajoitus −20…+25 m/s. Tämä ei ole ukkosennuste eikä täysi pilvifysiikan ratkaisu. Virtuaalilämpötila, sekoittuminen, kondensaatin paino, sadefysiikka, tuuliväänne, jäätäminen ja sähköistyminen eivät sisälly laskentaan. Kuva näyttää yhden paketin polkua ja siitä muodostettua pilven kasvun vertauskuvaa.
Pilven siluetti on laadullinen. Cb-hahmo tulee esiin vain labiilissa esimerkissä, kun käynnistetty vapaa konvektio kasvattaa kylläisen tornin vähintään 6 km:n korkeuteen ja vähintään 4 km:n syvyiseksi. Nämä ovat demon visualisointirajoja, eivät yleisiä pilvilajin määritelmiä. Näytetty sadealue ja alasimen muoto ovat laadullisia. Korkeussäädin voi pakottaa paketin myös tasolle, jolle se ei nousisi itsestään.
Lähteet ja lisämateriaali
- NOAA / JetStream · Parcel Theory — paketin jäähtyminen ja ympäristön lämpötilaan vertaaminen.
- Royal Meteorological Society · When is air stable or unstable? — stabiilisuus, konvektio ja pilvien kasvu.
- FAA · Aviation Weather Handbook — kosteus, adiabaattinen jäähtyminen ja pilvet.