在气象关系压力、温度和密度

Question

我一直在学习气象学有点自己的,和一件事永远不会回答的关系显然是压力,温度和密度。

我查了一下时,空气的密度在不同温度下各不相同——如果我记得,从1.1到1.5公斤/米³。

我的困惑来自试图了解天气的形成。一个典型的文本表示,例如,加热地球的上升导致上升暖气流由于其较高的温度和更低的密度,高度增加,导致温度下降在干绝热递减率,那么湿绝热递减率等。但总是使用“包裹”参数。

从基本的热力学,加热会导致温度升高,压力增加,和物理扩张(如果没有固定的容器)。

具体来说,理想气体定律给出了:

PV = nRT美元或美元$ $ P = \压裂{n} {V} T $ $(忽略常数R)或$ $ P = \ρT $ $ \ρ=美元密度。

我错误的假设简化假设,一阶近似,密度不能真正改变了因为一个包裹空气可以扩大面积,但是整个气氛在本地不能(因为“包裹”所有邻接)?换句话说,地面加热使温度上升,从而可能压力,但是可以忽略的程度降低密度呢?

这似乎意味着更高的压力加热会净运动学效应推动空气柱的向上(分子对地面压力增加时),它可以扩大对低压空气由于压力迅速下降高度,但实在是没有增加或减少在表面附近的密度本身。

典型的“包裹了一架直升机”观点无法解释它如何真正一起持有和实际发生,由于没有气体的“容器”的现实。

另一种方式看这是在这个例子。假设我有一个热水浴缸在南极冬天(我有一个在爱达荷州冬天接近)。环境温度可能-30 c约240 k,当我打开封面有水约为30度或300 k。我可以看到上升暖气流爬;空气,也许是加热到270 k(大方)。但是新的空气被吸入和加热表面270 k,然后会立即上升似乎在更高的压力比环境空气自T $ $ $ $ P = \ρ我甚至可以相信动更有活力的空气可能导致不断扩大的“羽”径向有点上升,自高P和T略将更少的精力充沛的环境空气。但这只是意味着\δP slighlty减少美元考虑扩大柱的体积;\ρ美元略有下降,但速度远不及它将会下降,如果收益低高度和真正的压力。

在现实中,这似乎是:

1. 本地(天气)压力接近固定和全球海平面变化只有几个百分点;
2. 压力变化的梯度在z方向美元;
3. 局部加热增加T和P,除了增加P程度使得它形成一个扩张羽(百分之几,所以二阶);
4. 真的,更多的能量(动能)分子没有去哪里但是,真正造成任何上升气流。

Answer 1

“本地”和“高瞻远瞩地”相互矛盾的形容词。综观意味着整体,或大型水平标尺——认为数千公里。

你是正确的账户。概括性地,压力没有太大的改变,取决于你的定性的定义”。“百分之一的规模或日常经验,绝对温度波动超过压力。但这些波动导致的差距变化的密度,导致浮力的变化。

垂直动量方程:$ $ \压裂{\部分w}{\部分t} + (vec {v} \ \ cdot \ nabla_H) w + w \压裂{\部分w}{\部分z} = - \压裂{1}{\ρ}\压裂{\部分P}{\部分z} - g + \微分算符^ 2 w $ $当应用于天气尺度大约可视为静水:$ $ \压裂{\部分P}{\部分z} = - $ $ \ρg。从这个方程,以及理想气体定律色方程可能是派生的。

虽然压力很大,的垂直梯度重力也大,这也解释了为什么气氛不是输给了空间和垂直运动不通常在水平规模大。

使用表示色方程,它可以表明vertically-averaged温度的变化导致天气尺度表面压力的变化。