Earth
Burza konwekcyjna
Patrz, jak letnie popołudnie buduje burzę nad prerią: słońce grzeje ziemię, warstwa mieszania pogłębia się wzdłuż adiabaty suchej i wgryza się w warstwę hamującą nad sobą, a unoszona cząstka — sucha do poziomu kondensacji, potem nasycona wzdłuż pseudoadiabaty — pokazuje swoje CAPE i CIN na tablicy sondażu obok nieba. Cumulusy dobrej pogody tkwią przy podstawie chmur, około 125 m wyżej na każdy kelwin deficytu punktu rosy, dopóki termiki nie przeniosą cząstki ponad poziom swobodnej konwekcji; wtedy wieża rośnie z prędkością smugi, prądu wstępującego z wciąganiem, znacznie słabszego niż sqrt(2 CAPE) ze wzoru zamkniętego, i rozlewa się w kowadło na poziomie równowagi. Jej deszcz uruchamia zimny prąd zstępujący, którego front szkwałowy dławi komórkę. Wzmocnij warstwę hamującą, a burza nigdy nie nadejdzie; osusz powietrze w górze, a wypływ stanie się zimniejszy.
Co się dzieje
Sondaż z 9:00: 24 °C przy ziemi, 6,5 K/km aż do 300-metrowej inwersji hamującej na 1,8 km, cieplejszej o 2,5 K, niż dawałby gradient, wyżej 7 K/km do tropopauzy na 12 km, nad nią izotermia; 1000 hPa przy ziemi, ciśnienie hydrostatyczne ze wzoru zamkniętego. Strumień ciepła jawnego 400 W/m² o 13:00 (wschód słońca 6:00, zachód 20:00) ogrzewa warstwę mieszania, która idzie za adiabatą suchą g/cp od temperatury powierzchni do przecięcia z sondażem; jej zawartość ciepła ρ·cp·∫(T − T_morning)dz równa się dostarczonemu ciepłu. Cząstka przyziemna (punkt rosy 17 °C) wznosi się sucho do swojego dokładnego poziomu kondensacji, potem wzdłuż pseudoadiabaty z prężnością pary Murphy’ego–Koopa, RK4 co 100 m; B = g·(Tp − Te)/Te daje LFC, EL, CAPE i CIN. Smuga d(w²/2)/dz = B − g·f·q_c − 2ε·w²/2 startuje z prędkością konwekcyjną w* = (g·h·H/(ρ·cp·T))^(1/3); burza wybucha, gdy smuga przenosi cząstkę ponad LFC i powyżej −10 °C z prędkością co najmniej 1 m/s. Wieża rośnie wtedy z prędkością smugi, kowadło rozlewa się na EL w tempie π·a²·w_EL w warstwie grubości 2 km (a = 2,5 km), strumień kondensatu ρ·w·q_c wypełnia chmurę; dziesięć minut po tym, jak wieża minie −10 °C, deszcz dociera do ziemi, ogrzewanie ustaje, a woda chmurowa ubywa jak dW/dt = C − W/τ z τ = top/(8 m/s), w połowie jako deszcz; zimny wypływ dławi prąd wstępujący jeden czas opadania później. Nasycony prąd zstępujący z 3 km daje DCAPE, chłodną poduszkę i front szkwałowy √(2·g′·500 m); wyładowania idą za tempem Price’a–Rinda zależnym od wysokości wierzchołka chmury.
Co wypróbować
Patrz, jak warstwa hamująca trzyma przez wczesne popołudnie, a cumulusy się pogłębiają; porównaj CAPE, CIN i podstawę chmur z regułą 125 m/K; ustaw wciąganie na zero i porównaj prąd wstępujący z √(2 CAPE); wzmacniaj warstwę hamującą, aż burza przestanie nadchodzić; osusz powietrze w górze i patrz, jak wypływ staje się zimniejszy.
Model i jego ograniczenia
Teoria cząstki z jednowymiarową smugą i płytową warstwą mieszania: bez poprawki na temperaturę wirtualną, bez lodu, bez uskoku wiatru, bez rozwiązywanej dynamiki chmury i bez modelu elektrycznego — wieża, kowadło, smuga opadu i wyładowania są rysowane z liczb cząstki, a częstość błysków to empiryczne prawo Price’a–Rinda. Jedna zwykła komórka, zdławiona własnym wypływem; warstwa mieszania zachowuje poranny stosunek zmieszania. Liczby należą do tego wyidealizowanego popołudnia.
Równania modułu
Równania ρ·cp·∫(T − T_m) dz = ∫H dt, T = T_s − (g/cp)·z below h dT/dp = (R_d·T/p + L·r_s/(p − e_s))/(cp + L·∂r_s/∂T), B = g·(T_p − T_e)/T_e d(w²/2)/dz = B − g·f·q_c − 2ε·w²/2, w_EL = √(w0² + 2·(CAPE − CIN)) at ε = f = 0 dW/dt = ρ_b·w_b·q_c − W/τ, DCAPE = ∫ g·(T_e − T_d)/T_e dz, c = √(2·g′·h)
