Theorie Thermo- dynamisch diagram

Presentatie over: "Theorie Thermo- dynamisch diagram"— Transcript van de presentatie:

1 Theorie Thermo- dynamisch diagram

2 Radiosonde oplating Thermodynamisch diagram rode lijn temperatuur
blauwe lijn dauwpuntstemperatuur Theorie Thermodynamisch diagram KNMI - Lesmodule Weer - maart 2012

3 En dan iets eenvoudiger…
Thermodynamisch diagram En dan iets eenvoudiger… Theorie Thermodynamisch diagram KNMI - Lesmodule Weer - maart 2012

4 Opstijgende lucht Stabiliteit Droge lucht:
Temperatuur daalt met 1 graad Celsius per 100 meter (= droogadiabatisch) Vochtige lucht: Temperatuur daalt met 0,65 graad Celsius per 100 meter (= natadiabatisch) Theorie Thermodynamisch diagram KNMI - Lesmodule Weer - maart 2012

5 Warme luchtbellen… Stabiliteit
De zon verwarmt het aardoppervlak (en niet de lucht!). Het aardoppervlak verwarmt de lucht er vlak boven. Er ontstaat aan de grond een bel van warme lucht. Deze zal proberen op te stijgen (als de lucht erboven kouder is). Theorie Thermodynamisch diagram KNMI - Lesmodule Weer - maart 2012

6 Opstijgende lucht en stabiliteit
gele lijn droogadiabatische opstijging  droge lucht groene lijn natadiabatische opstijging  natte lucht Drie situaties, uitgewerkt in de volgende sheets. Omgevingstemperatuur lijn 1: vanaf de grond opstijgende lucht volgt de droogadiabatische of de natadiabatische lijn. Deze opstijgende bel blijft dus altijd warmer dan zijn omgeving en blijft daarom stijgen. Dit heet onstabiel. Omgevingstemperatuur lijn 2: vanaf de grond opstijgende lucht volgt de droogadiabatische of de natadiabatische lijn. Bij droogadiabatische opstijging volgt deze bel de gele lijn en wordt dan dus kouder dan de omgevingslijn 2 en stopt dus met stijgen. Wanneer de bel de natadiabatische lijn volgt, dus de groene lijn, blijft hij warmer dan de omgeving en blijft dus stijgen. Droogadiabatisch is de lucht dus stabiel en natadiabatisch onstabiel. Dit wordt potentieel onstabiel genoemd. Omgevingstemperatuur lijn 3: vanaf de grond opstijgende lucht volgt de natadiabatische lijn. Deze opstijgende bel blijft dus altijd kouder dan zijn omgeving en kan daarom niet stijgen. Dit heet stabiel. Theorie Thermodynamisch diagram KNMI - Lesmodule Weer - maart 2012

7 Opstijgende lucht en stabiliteit
Stel: een warme dag met een temperatuur die aan de grond oploopt tot 25 C. Hier is ingezoomed op het onderste stukje, zodat je beter kan zien wat er gebeurt. Stel dat een luchtbel aan de grond opwarmt naar 25 °C, zie de rode horizontale lijn. 25 °C Theorie Thermodynamisch diagram KNMI - Lesmodule Weer - maart 2012

8 Onstabiel Stabiliteit Warme bel van 25 C aan de grond Situatie 1:
Omgeving bij opstijging altijd kouder luchtbel blijft stijgen onstabiel Rode lijn = omgevingstemperatuur Blauwe lijn = opstijgende luchtbel De luchtbel begint op de grond te stijgen (bij 25 °C) parallel aan de droogadiabatische lijn. Het pakketje lucht blijft dus altijd warmer dan zijn omgeving en blijft daarom doorstijgen. Dus deze situatie is onstabiel. Dit zou ook het geval zijn wanneer het pakketje natadiabatisch op zou stijgen (parallel aan de groene lijn). Theorie Thermodynamisch diagram KNMI - Lesmodule Weer - maart 2012

9 Stabiel Stabiliteit Warme bel van 25 C aan de grond Situatie 3:
Omgeving bij opstijging al snel warmer luchtbel stijgt niet stabiel Rode lijn = omgevingstemperatuur Blauwe lijn = opstijgende luchtbel De luchtbel begint op de grond te stijgen (bij 25 °C) parallel aan de droogadiabatische lijn. Het pakketje lucht is onderin warmer dan zijn omgeving, maar op een hoogte van ongeveer 600 meter snijden de twee temperatuurlijnen elkaar. Het pakketje is dan dus even warm als zijn omgeving en zou bij verder doorstijgen kouder worden dan zijn omgeving. Het pakketje stopt met stijgen. De atmosfeer wordt dan stabiel genoemd. Theorie Thermodynamisch diagram KNMI - Lesmodule Weer - maart 2012

10 Potentieel onstabiel Stabiliteit Warme bel van 25 C aan de grond
Situatie 2: Omgeving in geval van droge luchtbel al snel warmer luchtbel stijgt niet stabiel Omgeving in geval van natte luchtbel kouder luchtbel stijgt ontstabiel Rode lijn = omgevingstemperatuur Zeeblauwe lijn = opstijgende natte luchtbel Blauwe lijn = opstijgende droge luchtbel De luchtbel begint bij 25 °C te stijgen. Wanneer deze parallel aan de droogadiabaat stijgt (droge luchtbel) snijdt deze op een hoogte van zo’n 2500 meter de lijn van de omgevingstemperatuur. De bel stopt dan dus met stijgen en is dan stabiel. Wanneer de lucht stijgt volgens de natadiabaat (natte luchtbel, wolkenvorming) snijdt deze de omgevingstemperatuur niet. De bel blijft dus warmer dan zijn omgeving en is onstabiel. Bij droogadiabatische opstijging is de luchtbel dus stabiel, bij natadiabatische opstijging is de luchtbel onstabiel. Dit heet potentieel onstabiel. Theorie Thermodynamisch diagram KNMI - Lesmodule Weer - maart 2012

11 Een situatie Een onstabiele situatie
Op een warme dag is de temperatuur aan de grond gestegen naar 25 °C. De temperatuur aan de grond is opgelopen tot 25 C. Theorie Thermodynamisch diagram KNMI - Lesmodule Weer - maart 2012

12 Vergroot Een onstabiele situatie
De warme luchtbel aan de grond is warmer dan de omgeving en begint te stijgen. Dit gebeurt droogadiabatisch. Trek vanaf het punt aan de grond waar de temperatuur in de grafiek 25 °C is een lijn, die evenwijdig is aan de gele lijn die linksonder in de grafiek staat. Deze gele lijn is de droogadiabatische lijn. Trek vanaf het punt aan de grond waar de temperatuur in de grafiek 25 °C is een lijn, die evenwijdig is aan de gele lijn die linksonder in de grafiek staat. Deze gele lijn is de droogadiabatische lijn. Theorie Thermodynamisch diagram KNMI - Lesmodule Weer - maart 2012

13 Droogadiabatische opstijging
Een onstabiele situatie Droogadiabatische opstijging De warme lucht kan droogadiabatisch opstijgen (dus evenwijdig aan de gele lijn), totdat de lucht om hem heen (de rode lijn) even warm is als de luchtbel zelf. Dit gebeurt bij ongeveer 2500 meter hoogte bij een temperatuur van -2 °C. De warme lucht kan opstijgen, totdat de lucht om hem heen (de rode lijn) even warm is als de luchtbel zelf. Dit gebeurt bij ongeveer 2500 meter hoogte bij een temperatuur van -2 °C. Theorie Thermodynamisch diagram KNMI - Lesmodule Weer - maart 2012

14 Echter… Een onstabiele situatie
Het dauwpunt van de luchtbel is 7 C. Tijdens het droogadiabatisch opstijgen verandert de hoeveelheid vocht niet en blijft het dauwpunt van de luchtbel dus onveranderd. Dit laat je zien door vanaf het dauwpunt aan de grond een verticale lijn omhoog te trekken tot het punt waar deze de gele droogadiabatische lijn snijdt. Wanneer de dauwpuntslijn de temperatuurlijn van de opstijgende luchtbel snijdt, is de temperatuur van de luchtbel gelijk geworden aan de dauwpuntstemperatuur. De luchtbel is dan volledig verzadigd met vocht (dus de relatieve vochtigheid is dan 100%). Het dauwpunt van de luchtbel is 7 C. Trek vanaf het dauwpunt aan de grond een verticale lijn omhoog tot het punt waar deze de gele droogadiabatische lijn snijdt. Theorie Thermodynamisch diagram KNMI - Lesmodule Weer - maart 2012

15 De luchtbel stijgt nu natadiabatisch verder…
Een onstabiele situatie De luchtbel stijgt nu natadiabatisch verder… Vanaf het punt waar de temperatuurlijn en de dauwpuntslijn van de luchtbel elkaar snijden is de lucht volledig verzadigd met vocht. De luchtbel is nog wel warmer dan zijn omgeving en zal nu natadiabatisch opstijgen en door condensatie wolken vormen. De luchtbel stijgt dus evenwijdig aan de natadiabaat verder omhoog. Dit kun je in de grafiek laten zien door vanaf het punt waar de gele lijn en de oranje dauwpuntslijn elkaar snijden een lijn te trekken die evenwijdig loopt aan de groene lijn die rechtsonder in de grafiek staat. Trek in de grafiek vanaf het punt waar de gele lijn en de oranje dauwpuntslijn elkaar snijden een lijn die evenwijdig loopt aan de groene lijn die rechtsonder in de grafiek staat. Dit is de natadiabatische lijn. Theorie Thermodynamisch diagram KNMI - Lesmodule Weer - maart 2012

16 Natadiabatische opstijging
Een onstabiele situatie Natadiabatische opstijging De luchtbel stopt met stijgen als de bel net zo warm (of koud) is als de omgeving. Dit is dus wanneer de rode lijn en de groene lijn elkaar snijden. Dit gebeurt op ongeveer meter bij een temperatuur van ongeveer -42 C. De luchtbel stopt met stijgen als de bel net zo warm (of koud) is als de omgeving. Dit is dus wanneer de rode lijn en de groene lijn elkaar snijden. Dit gebeurt op ongeveer meter bij een temperatuur van ongeveer -42 C. Theorie Thermodynamisch diagram KNMI - Lesmodule Weer - maart 2012

17 Droog- en natadiabatische opstijging
Een onstabiele situatie Droog- en natadiabatische opstijging De droge luchtbel komt in ons voorbeeld tot een hoogte van 2500 meter, bij een temperatuur van -2 °C. De natte luchtbel komt in ons voorbeeld tot een hoogte van meter bij een temperatuur van -42 °C. Tijdens het stijgen vindt wolkenvorming plaats.  een flinke cumulonimbus Conclusie: Wanneer een stijgende luchtbel verzadigd raakt, koelt hij minder snel af (door condenseert waterdamp) en kan tot grotere hoogte stijgen. Theorie Thermodynamisch diagram KNMI - Lesmodule Weer - maart 2012