绝热递减率

Question

我对饱和绝热递减率和不饱和绝热递减率的区别有问题。

我知道不饱和绝热递减率大约是5.4°F/1000英尺(9.8°C/1000米)，其中一个“干燥”的空气包裹以这个速率冷却。不饱和绝热递减率取决于什么?

为什么不饱和绝热递减率低于饱和绝热递减率?通过搜索，我发现不饱和绝热递减率较低，因为气团释放潜热，导致气团冷却较慢，但我似乎没有弄明白。当一团“干燥”的空气绝热冷却时，我们是否假设湿度为0% ?

Answer 1

让我们从最简单的事实开始。如果没有别的事情发生，大气中的空气就会总是冷却温度为5.4°F/1000英尺(或更广泛使用的9.8°C/km)，由于它的尺寸不断膨胀(通常我们会抛出一个负号:-5.4°F/1000英尺…这只是为了强调这些递减率是关于空气冷却)。每一点上升的空气都以这个速度冷却(氧气、氮气，甚至空气中的任何水蒸气)。所有这些将在5.4°F/1000英尺的温度下冷却。所有上升的空气总是以同样的速度膨胀。

然而，有时还有第二个复杂因素:上升的空气可能会冷却到能容纳最大数量的水蒸气的程度(因为在更冷的时候，空气不能容纳尽可能多的水蒸气)。

当它达到这一点，它是饱和的，任何进一步的冷却/上升将迫使它的一些水蒸气凝结成液滴。为了使气态水蒸气变成液体，它的粒子必须排出相当多的能量。这些能量被释放到空气中。

因此，一旦空气达到饱和点，尽管它的膨胀继续对温度产生-5.4°F/1000英尺的影响，但它还有第二个因素，即释放相变能量，使空气变暖。结果是饱和的空气冷却得不那么快。

• 当空气不饱和时，它会在5.4°F/1000ft(9.8°C/km)处冷却。我们称之为干绝热递减率因为没有什么能改变这个过程。我们不假设水分为0%。没关系，只要不是100%水分就行。水蒸气和其他分子一样冷却，除非饱和。的前6页这些笔记详细说明为什么这个值是9.8°C/km，但基本上它只取决于重力和水的比热容的值，加上静压近似的任何误差……所有这些对于对流层中的大气团来说都是微不足道的。无论如何，地球上的干(不饱和)绝热递减率不依赖于任何东西，它总是5.4°F/1000ft(9.8°C/km)。
• 然后当空气饱和时，因为冷凝过程通过增加其能量来阻碍冷却，我们称之为湿绝热递减率来区分它。湿润的图像就像水滴的图像，只有当饱和时，由于凝结，你才会看到水滴。潮湿的和干燥的都含有水蒸气。但只有潮湿的地方才有水滴。湿绝热递减率有较小的值因为它总体上冷却得更少(由于潜热释放的变暖影响)。但它仍然在冷却，只是变少了。湿绝热递减率取决于实际释放了多少水(这是基于所持水量，或因此，温度)。如果你真想深入了解细节，这个AMS链接给出公式。但是一般来说，湿绝热递减率是大约5-7°C/km，或2.5-4.0°F/1000英尺在大气的低层。