Ch2 混合與對流 (Mixing and Convection)

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1 Ch2 混合與對流 (Mixing and Convection)
1. 等壓下混合 ( Isobaric Mixing) 考慮兩個空氣塊在等壓下混合 溫度 T1 水汽壓 e1 比濕 q1 重量 M1 混合比 W1 T2 e2 q2 M2 W2 混合 T=? e=? q=? W=?

2 混合後之 同理 The amount of heat lost by the warming sample is equal to the amount of heat gained by the cooler sample.

3 Hygrometric chart (濕度圖)
過飽和 (e>es) 未飽和 (e<es) p.s.說明見下頁

4 a. 混合後之( T , e )會落於( T1, e1 ) 及 ( T2 , e2 )所決定的直線上。
兩個未飽和的空氣塊混合後有可能成為過飽和、飽和、未飽和。 混合後為過飽和時，會發生凝結，潛熱釋放，平衡的溫度T ’及水汽壓 e ’  T ’ >T ，e ’ < e 。 證明 c. ∵ 等壓 (注意：此為W非Ws ∵ 此為過飽和狀態) = constant 1. 此直線與 es(T) 相交之點即為平衡點( T ’, e ’ ) 2. 因為斜率 <0 所以直線往右下角走

5 2. 考慮2個具有水滴的空氣塊之混合情況 Q2 total water mixing ratio Q1 混合 Q = ?

6 可證明： Q ( Q1 , ) 呈直線，代表兩空氣塊做混合 Paluch diagram ( Q , ) ( Q2 , )

7 Observational evidence of cloud top mixing
CT(350 mb) 380 mb CB(740 mb) ground

8

9 對流 (Convection) 垂直動量方程： (垂直氣壓梯度力) (浮力) (水滴拖曳力) (雲內) (環境)

10 雲外的環境 對流雲內 Z (高度) 非靜力平衡 靜力平衡

11 實際探空觀測斜溫圖 環境溫度線 (藍線) 環境露點溫度線 (紅線) 地面空氣塊絕熱舉升 (黑線)

12 定義：飽和比 (Saturation ratio)
垂直速度與飽和度的關係 定義：飽和比 (Saturation ratio) 未飽和 S < 1 飽和 S = 1 過飽和 S > 1 平面水的飽和水汽壓 P：production term C：condensation term ‧‧‧ 垂直速度 液態水的增加或減少 ‧‧‧

13 1. 假設 no condensation

14 ‧‧‧ c –c eq ‧‧‧ 將 及 代入 ‧‧‧

15 2. 假設 no vertical velocities
同除 ‧‧‧

16 c – c eq ‧‧‧ 代入 將 及 代入 ‧‧‧

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18 雲內液態水含量 雲內垂直速度大小

19 雲內各個高度平均(最大值)液態水含量與絕熱液態水含量之比較