为什么干绝热递减率和湿绝热递减率随高度收敛?

Question

在地表附近，由于(据我所知)水蒸气凝结时释放的潜热，湿绝热带的坡度比干绝热带陡得多。在更高的地表温度下，这种差异会被放大，因为温暖的空气可以容纳更多的水分。

那么，为什么这两种递减率在高层大气中非常相似呢?我最好的猜测是由于某种原因凝结停止了，但我不确定为什么会这样。

Answer 1

如果你仔细观察这个图表，你会发现高度虽然是驱动因素，但并不是绝热体收敛的主要原因。

请注意，在右上方，绝热体之间仍然存在明显的差异，当你向左移动时，它们汇聚的高度减小。

原因，正如你的直觉所暗示的，是凝结停止了。原因很简单，就是没有更多的水留在包裹中凝结和释放潜热。

回想一下恒定水蒸汽混合比的曲线(用于连接表面露点和LCL的曲线)。这些线向左边减小，并且比等温线倾斜得更陡。当潮湿包裹上升时，潜热释放与水汽减少有关。在某一点上，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，因为没有更多的凝结。这就是导致湿绝热体和干绝热体在上层平行的原因(在温暖/潮湿的地表条件下较高，在较冷/干燥的源地块上较低)。

在评论中，有人担心t型曲线没有捕捉到相关的物理现象，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电位温度, \ theta_e美元。这个温度是一个包裹的温度所有的水蒸气都凝结出来了。包裹中的水分越多，相对于实际温度的等效温度就越高。要在Skew-T上计算它，你要把一个包裹升高到足够高，使湿绝热体和干绝热体平行，然后下降包裹。在上升的过程中，一旦达到饱和，你将通过潮湿的绝热通道上升，一旦水蒸气耗尽，你将通过干燥的绝热通道下降。您可以对各种源包尝试此方法，并说服自己Skew-T捕获了这些物理。你应该注意到，一个表面包裹越潮湿，它必须上升得越高，等效温度就越高。