Poging tot doorgronding van relatie PV-therm. onstabiliteit
Bericht van: Ben (Lelystad) , 06-01-2007 17:57
Zoals wel bekend is bij de meesten die het verdiepingsforum lezen, is een dark stripe bevorderlijk voor buienvorming en windstoten vanwege het sterke dynamische karakter door middel van advectie van potentiële vorticiteit en het toenemen van de thermische onstabiliteit. Alles houdt verband met isentropische vlakken, vlakken van gelijke potentiële temperatuur -> gelijke entropie. Zover ik heb kunnen nagaan uit o.a. Kurz en de SatRep manual zijn de begrippen die van belang zijn: potentiële vorticiteit, thermische onstabiliteit en potentiële temperatuur (isentropie). Het begrip potentiële vorticiteit op zichzelf is volgens mij vrij gemakkelijk uit te leggen:
Een toename en afname van potentiële vorticiteit (PV) kan alleen door adiabatische processen of frictie, met andere woorden bij een adiabatische, homogene (niet-samendrukkende) stroming en het ontbreken van frictie is PV een behouden parameter. Dit behoud van PV is de atmosfeer' zijn equivalent van het principe van traagheid. Het betekent dat als er convergentie optreedt, om de hoeveelheid PV te behouden de luchtkolom dunner moet worden en moet uitrekken, waardoor de rotatiesnelheid toeneemt. Het omgekeerde gebeurt bij divergentie: de luchtkolom wordt breder en de rotatiesnelheid neemt af. Denk aan een ijsschaatser die zijn armen bij elkaar houdt om zo tot een spin te komen.
Een toename in PV zorgt vaak voor een toename in onstabiliteit, dat komt omdat bij PV de absolute vorticiteit in sterk verband staat met thermische stabiliteit, hetgeen te kwantificeren is door het hoogteverschil te nemen tussen twee isentropische vlakken. Hoe groter het verschil, des te onstabieler de lucht. Als het hoogteverschil tussen twee isentropische vlakken toeneemt omdat een roterende luchtkolom tussen deze twee vlakken zich uitrekt en versmalt vanwege het behoud van PV, neemt de thermische stabiliteit af (lees: de onstabiliteit neemt toe).
In de troposfeer zijn de PV-waarden doorgaans erg laag. De PV neemt echter snel toe van de troposfeer naar de stratosfeer door de significante verandering in thermische stabiliteit. Typische veranderingen van PV in het gebied van de tropopause zijn van 1 (troposfeer) naar 4 (stratosfeer) PV-eenheden (10-6 m-2 K Kg-1). In de meeste literatuur wordt momenteel de grens van 2 PV-eenheden genomen als de scheidingslijn tussen de troposfeer en de stratosfeer en wordt ook wel de ,,dynamische tropopause'' genoemd. Het voordeel van het gebruik van PV is dat de tropopause benaderd kan worden vanuit thermodynamisch en dynamisch oogpunt.
Bij het abrupte ,,vouwen'' of verlagen van de dynamische tropopause, zie het plaatje hieronder, dringt er stratosferische lucht door in de troposfeer, resulterend in hogere PV-waarden in verhouding tot de omgeving, wat een positieve PV-anomalie genoemd wordt. Zoals al gezegd is één van de voordelen van PV dat het min of meer behouden is, een ander voordeel is de omkeerbaarheid: je kan meer conventionele meteorologische velden zoals het geopotentiaal, wind, temperatuur en de thermische onstabiliteit verkrijgen als de verdeling van PV en de grenscondities, de potentiële temperatuur aan de grond, bekend zijn. Verder is het met het behulp van de omkeerbaarheid mogelijk om het belang van PV-anomalieën en de kracht van de bijbehorende circulaties en/of temperatuurpatroon te kwantificeren.
Bovenstaand plaatje toont een dwarsdoorsnede met een PV-anomalie bij een frontale zone. Je ziet dat de dynamische tropopause min of meer ,,gevouwen'' wordt. Je ziet ook dat dergelijke anomalieën tot behoorlijke 'laagte' kunnen doordringen, soms wel tot 4 à 5 km hoogte (500-600 hPa). Het is deze gigantische doordringing tot in de troposfeer die er dus voor zorgt dat de thermische onstabiliteit toeneemt, waardoor buien heftiger kunnen worden en ook de windstoten zwaarder kunnen uitvallen (o.a. door meer verticale uitwisseling).
Het beredeneren vanuit isentropie vereist wel enige handigheid en voor mij was/is het ook even goed nadenken
. Ik hoop alleen dat ik het goed heb nu...
Gr. Ben
Een toename en afname van potentiële vorticiteit (PV) kan alleen door adiabatische processen of frictie, met andere woorden bij een adiabatische, homogene (niet-samendrukkende) stroming en het ontbreken van frictie is PV een behouden parameter. Dit behoud van PV is de atmosfeer' zijn equivalent van het principe van traagheid. Het betekent dat als er convergentie optreedt, om de hoeveelheid PV te behouden de luchtkolom dunner moet worden en moet uitrekken, waardoor de rotatiesnelheid toeneemt. Het omgekeerde gebeurt bij divergentie: de luchtkolom wordt breder en de rotatiesnelheid neemt af. Denk aan een ijsschaatser die zijn armen bij elkaar houdt om zo tot een spin te komen.
Een toename in PV zorgt vaak voor een toename in onstabiliteit, dat komt omdat bij PV de absolute vorticiteit in sterk verband staat met thermische stabiliteit, hetgeen te kwantificeren is door het hoogteverschil te nemen tussen twee isentropische vlakken. Hoe groter het verschil, des te onstabieler de lucht. Als het hoogteverschil tussen twee isentropische vlakken toeneemt omdat een roterende luchtkolom tussen deze twee vlakken zich uitrekt en versmalt vanwege het behoud van PV, neemt de thermische stabiliteit af (lees: de onstabiliteit neemt toe).
In de troposfeer zijn de PV-waarden doorgaans erg laag. De PV neemt echter snel toe van de troposfeer naar de stratosfeer door de significante verandering in thermische stabiliteit. Typische veranderingen van PV in het gebied van de tropopause zijn van 1 (troposfeer) naar 4 (stratosfeer) PV-eenheden (10-6 m-2 K Kg-1). In de meeste literatuur wordt momenteel de grens van 2 PV-eenheden genomen als de scheidingslijn tussen de troposfeer en de stratosfeer en wordt ook wel de ,,dynamische tropopause'' genoemd. Het voordeel van het gebruik van PV is dat de tropopause benaderd kan worden vanuit thermodynamisch en dynamisch oogpunt.
Bij het abrupte ,,vouwen'' of verlagen van de dynamische tropopause, zie het plaatje hieronder, dringt er stratosferische lucht door in de troposfeer, resulterend in hogere PV-waarden in verhouding tot de omgeving, wat een positieve PV-anomalie genoemd wordt. Zoals al gezegd is één van de voordelen van PV dat het min of meer behouden is, een ander voordeel is de omkeerbaarheid: je kan meer conventionele meteorologische velden zoals het geopotentiaal, wind, temperatuur en de thermische onstabiliteit verkrijgen als de verdeling van PV en de grenscondities, de potentiële temperatuur aan de grond, bekend zijn. Verder is het met het behulp van de omkeerbaarheid mogelijk om het belang van PV-anomalieën en de kracht van de bijbehorende circulaties en/of temperatuurpatroon te kwantificeren.
Bovenstaand plaatje toont een dwarsdoorsnede met een PV-anomalie bij een frontale zone. Je ziet dat de dynamische tropopause min of meer ,,gevouwen'' wordt. Je ziet ook dat dergelijke anomalieën tot behoorlijke 'laagte' kunnen doordringen, soms wel tot 4 à 5 km hoogte (500-600 hPa). Het is deze gigantische doordringing tot in de troposfeer die er dus voor zorgt dat de thermische onstabiliteit toeneemt, waardoor buien heftiger kunnen worden en ook de windstoten zwaarder kunnen uitvallen (o.a. door meer verticale uitwisseling).
Het beredeneren vanuit isentropie vereist wel enige handigheid en voor mij was/is het ook even goed nadenken
. Ik hoop alleen dat ik het goed heb nu...Gr. Ben