Os pilotos de planadores sabem que uma indicação de elevação térmica é a formação de nuvens do tipo cumulus.
Minha pergunta é: o ar ascendente (que elevou a umidade para formar a nuvem) para de subir depois que o vapor d'água se condensa? Existe ar ascendente acima de uma nuvem cumulus ou a condensação de alguma forma interrompe o movimento ascendente do ar?
Não, o oposto é de fato verdadeiro. Quando a água se condensa, libera energia térmica, fazendo com que o ar suba ainda mais rápido. É por isso que alguns pilotos de planador (que estão devidamente licenciados) voam, não apenas embaixo, mas nas nuvens cumulus para ganhar altura.
Pense desta maneira: quando a água vaporiza, absorve energia térmica. É por isso que, por exemplo, os seres humanos suam para esfriar. À medida que o suor vaporiza, ele remove a energia térmica (calor) do corpo. Essa energia térmica é armazenada no vapor d'água e será liberada quando condensada.
O ar em uma térmica só para de subir quando atinge a temperatura do ar circundante, o que pode ocorrer em diferentes altitudes, dependendo do estado da atmosfera. A principal razão pela qual o aumento do ar esfria é porque existe uma relação entre temperatura e pressão. À medida que o ar aumenta, a pressão cai e a temperatura faz o mesmo. Isso pode ser representado em um diagrama do gradiente de temperatura, assim:
A grossa linha vermelha é a temperatura do ar em diferentes níveis. As linhas oblíquas indicam a taxa na qual uma coluna de ar ascendente esfria à medida que sobe. Desde que a linha vermelha grossa seja mais inclinada do que as linhas oblíquas, é uma indicação de que o ar continuará subindo, pois não esfriará rápido o suficiente para atingir a temperatura do ar circundante.
Não. Você pode perceber bases planas em algumas dessas nuvens. Essa base plana é o ponto em que a propagação da temperatura e do ponto de orvalho chega a zero. Quando a propagação Temp / DP atinge zero, a umidade visível se forma. O ar ainda está subindo, a única diferença é que você pode Vejo na forma de umidade visível (também conhecida como "nuvem").
Se você pudesse usar óculos mágicos que fariam colunas de ar crescentes parecerem nuvens desde o início de uma térmica, você veria as bases das nuvens começarem MUITO mais baixas do que as que você pode ver normalmente.
Na verdade, usamos essas nuvens crescentes como indicadores de onde as térmicas residem. Eu cheguei muito perto de experimentar "nuvem chupar"em um planador e não é divertido.
Uma térmica não continua acima do topo de qualquer nuvem que possa formar, mas na verdade se torna mais forte quando uma nuvem se forma e pode subir para a tropopausa, criando trovoadas imponentes e muitos outros fenômenos climáticos.
À medida que o ar em uma térmica aumenta, ele se expande, mantendo a mesma pressão que a atmosfera circundante (que diminui com a altitude).
essa expansão contra a pressão da atmosfera circundante funciona, assim como um gás que se expande contra um pistão em um cilindro funciona. A energia para isso vem da energia térmica do ar na térmica, fazendo com que ela esfrie.
Como uma térmica é grande e o ar é um mau condutor de calor, isso ocorre apenas com um fluxo insignificante de calor entre a térmica e o ar circundante (e a mistura no limite é similarmente pequena em relação à massa da térmica). Conseqüentemente, a mudança de temperatura de uma térmica com a mudança de altitude pode ser calculada no pressuposto de que isso se deve inteiramente ao trabalho de expansão e, para o ar seco, que resulta em 9.8 graus C por 1000 metros. Isso é conhecido como o taxa de lapso adiabático seco ('adiabático' referindo-se a processos físicos que ocorrem sem fluxo de calor ou matéria.)
À medida que o ar seco ascendente esfria, ele não perde umidade, então a umidade relativa aumenta. Quando chega a 100%, o ar fica saturado, e um resfriamento adicional faz com que um pouco da umidade se condense, levando à formação de uma nuvem. Nem toda a umidade se condensa de uma só vez; a quantidade que condensa é o excesso acima da umidade 100% na nova temperatura mais baixa.
A condensação dessa umidade libera o calor latente de condensação dessa umidade, que compensa parte da perda de calor devido ao trabalho realizado pela térmica em expansão. Conseqüentemente, a taxa de lapso (taxa de resfriamento com altitude) diminui dentro da nuvem. A contribuição dessa condensação depende da temperatura (não há muita umidade para condensar no ar frio, mesmo quando saturado), mas a Wikipedia fornece medidores de graus C / 5 de 1000 como uma figura típica para a taxa de lapso adiabático úmido. Observe que isso é aproximadamente metade da taxa de lapso seco.
Uma térmica continuará a subir enquanto for mais quente que o ar circundante (embora também possa haver um efeito da densidade mais baixa do vapor de água se a umidade do ar térmico e do ar circundante for significativamente diferente.) Vamos considerar um térmica clara em ar seco / limpo: como a térmica começa apenas um pouco mais quente que o ar circundante e esfria na taxa de lapso adiabático seco, isso significa que, para atingir uma altura significativa, o ar circundante deve ter uma taxa de lapso ( taxa de resfriamento com altitude) muito próxima da taxa de lapso adiabático seco (não pode ser maior, porque isso seria instável: a convecção se formaria espontaneamente e continuaria até que esse giro e mistura da atmosfera reduz a taxa de lapso ao adiabático. ) (Para ser completo, apenas observarei que muito próximo ao solo, a taxa de lapso pode ser super adiabática.)
Uma camada de inversão suficientemente profunda (aquela em que a temperatura do ar aumenta com a altitude), ou simplesmente com uma taxa de lapso abaixo do adiabático seco, fará com que a térmica pare de subir (se ainda não começou a condensar) e nenhuma nuvem se formará . Se, no entanto, a térmica atingir o nível de condensação, uma nuvem começará a se formar e sua taxa de lapso diminuirá para a taxa de lapso adiabático úmido de sua temperatura. Se a temperatura do ar circundante continuar a cair com a altitude na taxa adiabática seca, a diferença de temperatura entre o ar térmico e o ar circundante aumentará de fato com a altitude. Isso aumenta a flutuabilidade da térmica, fortalecendo sua sustentação - um efeito conhecido pelos pilotos de planador - e exigindo uma inversão maior (ou camada com uma taxa de lapso menor que a adiabática úmida) para interrompê-la.
Esse é o principal mecanismo pelo qual a condensação da umidade gera tempestades, furacões e outras chuvas não orográficas. Um dia de verão pode começar com uma convecção de parada por inversão a alguns milhares de metros, mas à medida que o dia esquenta e as térmicas carregam o calor para cima, a inversão é corroída pelo aquecimento por baixo. À tarde, as térmicas podem romper a inversão, principalmente se a condensação começar. Com a condensação alimentando a convecção, ela pode ir até a tropopausa e se espalhar sob a estratosfera (que é uma inversão gigante), produzindo a nuvem cumulonimbus de cabeça de bigorna de uma tempestade pop-up.
Se a taxa de lapso da atmosfera estiver entre as taxas de lapso seco e molhado, é apenas condicionalmente estável: se uma massa desse ar for elevada ao ponto em que ocorre a condensação, ela terá uma taxa de lapso menor que a do ar circundante e continuará a subir, impulsionada pela condensação de sua umidade. Uma maneira pela qual essa elevação inicial pode ser causada é pelo fluxo frio de uma tempestade empurrando o solo. Este é o mecanismo pelo qual um direito pode viajar centenas de quilômetros através de uma massa de ar condicionalmente estável.
