Upload
cyrus-tyson
View
55
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
La stabilité verticale. Effet de ls subsidence sur la stabilité. A’. A. w. w’. Critère de stabilité. Soit. Le gradient thermique de la particule en ascension. Le gradient thermique de l ’air qui descend. Exemples. A ’ > A, w’ < w ?. Exemples. A > A ’, w ’> w ?. Exemples. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Critère de stabilité
0 ' ' Instable
0 ' ' Neutre
0 ' ' Stable
T A A
T A A
T A A
0 ' ' Instable
0 ' ' Neutre
0 ' ' Stable
T A A
T A A
T A A
Soit'
f fT T T
'Le gradient thermique de la particule en ascension
Le gradient thermique de l ’air qui descend
Exempless d s d
A > A ’, w ’> w ?A > A ’, w ’> w ?0, stableT 0, stableT
0 ' Stables dT dz dz 0 ' Stables dT dz dz
Entraînement
Jusqu ’à maintenant nous avons supposé qu ’iln ’y a pas de mélange entre une particule d ’air et l ’environnement.
Au niveau de convection libre, la particule seraitinstable et il aurait de formation de cumulus.Le sommet de nuage se situerait au tour du niveau d ’équilibre ...
Formation de nuages de type cumulus
p0
T(p)T’(p)
pNE Niveau d ’équilibre
pNCL Niveau de convection libre
pNCA Niveau de condensation par ascension
A+
A-
Niveau de référence TD TD
Entraînement
On sait cependant que le mélange entre les particules d ’air nuageux et l ’air environnant n ’est pas négligeable, surtout au sommet de la masse enascension (turbulence dynamique et thermique…)
On appelle entraînement l ’incorporation dans le nuaged ’une certaine masse de l ’air environnant pendant le déplacement vertical des masses nuageuses.
On parlera de détraînement quand des parties du nuagese détachent du nuage et s ’évaporent à cause du mélange avec l ’air environnant qui est,en générale, plus sec et plus froid.
Entraînement
Le processus thermodynamique qui correspond a cephénomène est un processus qui peut être divisé en deux sous processus:
1) mélange avec condensation / évaporation
2) ascension pseudo adiabatique
Entraînement
1) mélange isobarique avec condensation / évaporation
masse d ’air environnant: dm = dmd + dmv, T ’, p, r ’
Masse d ’air nuageuxm = md + mv + mw
Changement de température du à l ’entraînement:
Puisque le processus est pseudo adiabatiquetout la chaleur mise en jeu est puisée dans l ’énergie interne du système
De la première loi de la thermodynamique
0
0 e n e n
Q dH Vdp
dH dH V dp V dp
0
0 e n e n
Q dH Vdp
dH dH V dp V dp
Changement de température du à l ’entraînement:
0e n e nQ dH dH V dp V dp 0e n e nQ dH dH V dp V dp
DEMO
Gradient thermique d ’une particule avec entraînement
'1
1 1
vs
pe
v s v sp
p p
lT T r r
cdT gl dr l drdz cc dT c dT
'1
1 1
vs
pe
v s v sp
p p
lT T r r
cdT gl dr l drdz cc dT c dT
dm dz
m dm dz
m Coefficient d ’entraînement
Taux de refroidissement adiabatique pour l ’air humide saturé
1
ds
v s
p
l drc dT
1
ds
v s
p
l drc dT
0ss d
dr
dT
0
0
0, 4 /
, 6 ~ 7 /
,
s
s
s d
z C km
z C km
z Tropopause
ss
Gradient thermique d ’une particule avec entraînement
' '
1
vs
pe s
v s
p
lT T r r
cdTl drdzc dT
' '
1
vs
pe s
v s
p
lT T r r
cdTl drdzc dT
0 e s 0 e s
ee
T ’ = température de l ’air environnant
Taux de précipitation maximum
Taux de précipitation R :
La quantité de masse d ’eau qui traversela surface unitaire, par unité de temps.
1 m2
Volume
w w
A zR w
Adt
Volume
w w
A zR w
Adt
R [kg m-2 s-1]
R [mm h-1]
Taux de précipitation maximum
Considérons une masse d ’air saturée:
La masse d ’air est en convection et monteà une vitesse w
Quelle est le taux maximum de précipitation que nous pouvons avoir provenant de ce nuage ?
Taux de précipitation maximum
1) Toute l ’eau que se condense précipite
2) Il n ’y a pas d ’entraînement ni des échanges de chaleur avec l ’environnement
+
Processus pseudo adiabatique
Taux de précipitation maximum
Processus pseudo adiabatique
0pd v sc dT dp l dr
1dp gdz gdz
Équation hydrostatique 0pd v sc dT gdz l dr 0pd v sc dT gdz l dr
Taux de précipitation maximum
0pd v sc dT gdz l dr
0spd v
drdTc g l
dz dz
0
s d
v s
pd pd
l drdT g
dz c c dz
pdss d
v
cdr
dz l pds
s dv
cdr
dz l
Taux de précipitation maximum
pdss d
v
cdr
dz l
Si la particule d ’air se déplace une vitesse wdz = wdt
1 pds ss d
v
pdss d
v
cdr dr
dz w dt l
cdrw
dt l
1 pds ss d
v
pdss d
v
cdr dr
dz w dt l
cdrw
dt l
Taux de précipitation maximum
pdss d
v
cdrw
dt l
Taux de précipitation : quantité d ’eau précipitant par unité de surface et par unité de temps
pdsd s
v
cdrmR dz w
A dt l