为什么干绝热递减率和湿绝热递减率随高度而收敛?

Question

在地表附近，湿绝热层的坡度比干绝热层陡峭得多，这是由于水蒸气凝结时释放的潜热。地表温度越高，这种差异就越大，因为温暖的空气可以容纳更多的水分。

那么，为什么在高层大气中，两种递减率非常相似呢?我最好的猜测是凝结停止了某种原因，但我不确定为什么会这样。

Answer 1

如果你仔细看图表，你会发现高度不是绝热曲线之间收敛的主要原因，尽管它是驱动因素。

请注意，向右上方向，绝热曲线之间仍然有明显的差异，当你向左移动时，它们收敛的高度减小。

原因，正如你的直觉所暗示的，凝结停止了。原因很简单，因为包裹里没有更多的水来凝结和释放潜热。

回想一下恒定水蒸气混合比的线(你用来连接表面露点和LCL的线)。这些线向左递减，斜率比等温线更陡。随着湿包的上升，潜热释放与水蒸气减少有关。在某一时刻，我们耗尽了水蒸气，任何进一步的上升都以干绝热递减率冷却，因为没有更多的冷凝。这就是导致湿绝热线和干绝热线在上层平行的原因(温暖/潮湿的表面条件下较高，而较冷/干燥的源区较低)。

在评论中，有人担心倾斜t没有捕捉到相关的物理，包括包裹是如何耗尽水蒸气的。歪斜t确实捕获了这些信息，你可以通过计算来观察它等效势温, \ theta_e美元。这个温度是一个凝结了所有水蒸气的包裹的温度。包裹中的水分越多，其等效温度就会比实际温度高。要在斜t上计算它，你把一个包裹抬高到足以使湿绝热和干绝热平行的高度，然后降低包裹。在上升的过程中，一旦饱和度达到，你将通过湿绝热上升，一旦水蒸气耗尽，你将通过干绝热下降。您可以在各种源包中尝试这种方法，并说服自己Skew-T捕获了这些物理特性。你应该注意到，一个表面包裹越潮湿，它必须上升得越高，等效温度就会越高。