4.15.2. Вологоадіабатичні зміни температури повітря

Коли ненасичене водяною парою повітря підноситься угору і адіабатично охолоджується, то воно наближається до насичення і на якійсь висоті воно стає насиченим. Ця висота називається рівнем конденсації водяної пари.

При подальшому піднесенні насиченого повітря вверх у ньому починається конденсація водяної пари і при цьому виділяється приховане тепло, яке було витрачене на випаровування води. Це величезна кількість тепла − 2501· 10³ Дж/кг. Тому температура повітря змінюється за іншими закономірностями. Звільнене тепло затримує зниження температури повітря при його піднесені. Тому температура повітря знижується за вологоадіабатичним, а не сухоадіабатичним градієнтом. Вона знижується тим повільніше, чим більше вологи є в повітрі в стані насичення, а це у свою чергу залежить від температури.

Зниження температури насиченого повітря при його піднесенні на кожні 100 м називається вологоадіабатичним градієнтом γ_a′. Ця величина змінна. Так, при атмосферному тиску 1000гПа і температурі 0⁰С повітря охолоджується на 0,66⁰С, при температурі 20⁰С – на 0,44⁰С, при температурі -20⁰С – на 0,88⁰С. За дуже низької температури повітря у високих шарах атмосфери водяної пари залишається зовсім мало, тому й мало виділяється тепла конденсації. У зв’язку з цим на великих висотах вологоадіабатичний градієнт наближається до сухоадіабатичного. Для наближених розрахунків для засвоєння цих процесів вологоадіабатичний градієнт беруть рівним 0,5⁰С.

Коли насичене водяною парою повітря після піднесення почне опускатись, то його температура змінюватиметься за різними правилами, залежно від того чи всі крапельки і кристалики випали з повітря у вигляді атмосферних опадів, чи вони залишились у повітрі. Якщо у повітрі немає крапель та кристалів, то при опусканні повітря буде нагріватись за сухоадіабатичним градієнтом, тобто на 1⁰С на кожні 100 м. Якщо у повітрі є крапельки і кристалики, то при опусканні повітря і його нагріванні, вони будуть випаровуватись і на випаровування витрачається тепло, що затримує підвищення температури. Вона буде підвищуватись за вологоадіабатичним градієнтом, тобто настільки, наскільки б вона знизилась при піднесенні насиченого повітря при тій же температурі і атмосферному тиску. Як тільки вся вода у повітрі випарується, то подальше підвищення температури буде за сухоадіабатичним градієнтом. Оскільки при опусканні повітря вода випаровується дуже швидко, то для наближених розрахунків температури повітря, яке опускається, завжди можна брати сухоадіабатичний градієнт.

Отже, коли ненасичене повітря підноситься вверх і не досягши рівня конденсації опуститься вниз, то його температура повернеться до початкової величини, вона не зміниться. Коли повітря досягши рівня конденсації продовжує рухатись угору, то його температура знижується за вологоадіабатичним градієнтом і з повітря випадають опади. Якщо в подальшому повітря опуститься до початкового рівня, то його температура виявиться вищою, ніж була на початку процесу. У повітрі відбулись незворотні зміни. Такий процес називається псевдоадіабатичним. Зміни температури повітря при його піднесенні та опусканні можна прослідкувати за спеціальним графіком, який називається аерологічною діаграмою.