Атмосферное давление играет решающую роль в формировании погоды и оказывает тотальное влияние на большинство метеорологических явлений. Адиабатический процесс фокусируется на роли давления воздуха в изолированном пространстве.
В метеорологии адиабатический процесс в первую очередь описывает действие нагревания или охлаждения массы воздуха без обмена энергией с окружающей атмосферой. Изменения температуры происходят в результате сжатия или расширения воздушного кармана из-за изменения давления окружающего воздуха.
Подумайте о двигателе внутреннего сгорания (ДВС), используемом в традиционных автомобилях. Без давления воздуха, создаваемого в камере сгорания для привода поршня, ДВС не сможет работать.
Точно так же работает паровой двигатель, который широко использовался на ранней стадии промышленной революции. Тепло подается в замкнутую камеру, заставляя влажный воздух внутри расширяться, что, в свою очередь, заставляет цилиндры двигаться вверх и вниз.
Три фактора, которые играют существенную роль в обоих этих процессах, — это тепло, давление воздуха и замкнутый объем. И именно эти три фактора создают аналогичный процесс в метеорологии. Он называется адиабатическим.
Любое тело воздуха содержит большое количество молекул, которые вибрируют и отскакивают друг от друга. Чем ближе эти молекулы друг к другу, тем быстрее они вибрируют и сталкиваются друг с другом. При удалении, становятся менее энергичными и происходит меньше столкновений.
Когда солнечное излучение нагревает поверхность Земли, оно также прогревает и воздух над ней. Теплая масса воздуха менее плотная (и легче), чем окружающий воздух, и начинает подниматься вверх. По мере того, как она набирает высоту, она продолжает двигаться в области с меньшей плотностью, заставляя воздух расширяться еще больше. Это приводит к падению температуры.
В то же время, масса воздуха на больших высотах начинает опускаться на землю, подвергаясь повышенному атмосферному давлению по мере приближения к поверхности планеты. Повышенное давление заставляет воздушный пакет сжиматься и уменьшаться в размерах.
Как уже говорилось, когда воздушное тело сжимается, молекулы внутри него получают энергию, поскольку они начинают вибрировать быстрее и сталкиваться друг с другом в ускоренном темпе. Этот процесс проявляется повышением температуры.
Один из примеров адиабатического процесса возникает во время теплового взрыва, когда слой холодного сухого воздуха падает на землю с большой высоты вслед за рассеивающимся грозовым облаком.
В этом посте мы сосредоточились на адиабатическом нагреве и охлаждении и показали, как они могут влиять на погоду без обмена энергией с внешними элементами, такими как солнечная радиация, ветер и влага.