大氣穩(wěn)定性大氣的穩(wěn)定性依賴于它抵抗垂直運(yùn)動(dòng)的能力。穩(wěn)定的大氣使垂直運(yùn)動(dòng)困難，輕微的垂直運(yùn)動(dòng)受到抑制后消失。在不穩(wěn)定的大氣中，輕微的垂直空氣運(yùn)動(dòng)趨向于變的更強(qiáng)，這樣就導(dǎo)致了紊亂的氣流和對(duì)流活動(dòng)。不穩(wěn)定性會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的紊流，廣闊的垂直云量，以及劇烈的天氣。 上升的氣流膨脹且變冷，是由于高度增加時(shí)氣壓的降低。下沉氣流則反之；隨著大氣壓力的增加，下沉空氣的溫度隨著它被壓縮而增加。絕熱加熱和絕熱冷卻就是用來描述這種變化的術(shù)語?！窘^熱的意思在這里是指大氣溫度變化是在沒有熱量傳導(dǎo)的過程中因壓力的變化而產(chǎn)生的溫度變化?！?/p> 絕熱過程發(fā)生在所有的向上或向下運(yùn)動(dòng)的空氣中。當(dāng)空氣上升到一個(gè)低壓區(qū)域時(shí)，它會(huì)膨脹到一個(gè)更大的體積。當(dāng)空氣分子膨脹時(shí)【即空氣分子的平均間隔增大，而不是分子本身變大】，空氣的溫度會(huì)更低。結(jié)果是，當(dāng)氣塊【一定體積的空氣】上升時(shí)，壓力降低，體積增加，溫度降低。當(dāng)空氣下沉?xí)r，則反之也對(duì)。溫度隨著高度增加而下降的速度稱為溫度垂直梯度(lapse rate)。當(dāng)空氣在大氣中上升時(shí)，平均溫度變化速率是2攝氏度(3.5華氏度)每1000英尺。 由于水蒸氣比空氣還輕，潮濕降低了空氣的密度，導(dǎo)致它上升。相反地，當(dāng)濕度降低時(shí)，空氣變得更加密集而趨于下沉。由于潮濕的空氣變冷的速度更慢【潮濕空氣的熱容量更大】，一般它比干空氣更加不穩(wěn)定，原因是潮濕的空氣在冷卻到周圍的空氣溫度前必須上升的更高。干空氣絕熱溫度梯度(不飽和空氣)是3攝氏度每1000英尺。濕空氣絕熱溫度梯度范圍從1.1攝氏度到2.8攝氏度(2華氏度到5華氏度)每1000英尺。 濕度和溫度的結(jié)合確定了空氣的穩(wěn)定性和作為結(jié)果的天氣。冷的干空氣非常穩(wěn)定，能夠抵抗垂直運(yùn)動(dòng)，它會(huì)導(dǎo)致好的通常是晴朗的天氣。最大的不穩(wěn)定發(fā)生在空氣是潮濕而溫暖的時(shí)候，就像熱帶區(qū)域的夏天一樣。典型的，雷暴基本上天天出現(xiàn)在這些區(qū)域，就是因?yàn)橹車諝獾牟环€(wěn)定性。 逆增隨著空氣在大氣中上升膨脹，溫度會(huì)降低。然而也會(huì)發(fā)生一種大氣異常情況，改變了這個(gè)典型的大氣行為模式。當(dāng)上升空氣的溫度隨高度增加而增加時(shí)，就發(fā)生了溫度逆增。逆增層通常是接近地面的很薄的一層平穩(wěn)空氣?？諝獾臏囟入S高度增加到某一點(diǎn)，即逆增層的頂部。逆增層頂部的空氣擔(dān)當(dāng)蓋子的作用，保持天氣和污染物截留在下面。如果空氣的相對(duì)濕度高，它會(huì)促進(jìn)云，霧，薄霧，煙的形成，導(dǎo)致逆增層內(nèi)的能見度降低。 基于地表的溫度逆增發(fā)生在晴朗涼爽的夜晚，這時(shí)接近地面的空氣被地表的降溫而冷卻。地表幾百英尺內(nèi)的空氣變得比它上面的空氣更冷。當(dāng)暖空氣在一層較冷的空氣上擴(kuò)展開來或者當(dāng)冷空氣被迫位于一層暖空氣的下方時(shí)，就會(huì)發(fā)生鋒面逆增。 濕氣和溫度大氣天然的就含有水蒸氣形式的水分。大氣中水分的多少依賴于空氣溫度。溫度每增加20華氏度，空氣中能容納的水分就增加為1倍。相反的，溫度降低20華氏度，水分容量會(huì)變?yōu)樵瓉淼囊话搿?/p> 大氣中的水有三種狀態(tài)：液態(tài)，固態(tài)和氣態(tài)的。所有這三種形式都可以容易的變化為另一種，都出現(xiàn)在大氣的溫度變化范圍內(nèi)。當(dāng)水從一種狀態(tài)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)時(shí)，就發(fā)生一次熱交換。這些變化是通過蒸發(fā)，升華，冷凝，沉積，熔解或者凝固過程實(shí)現(xiàn)的。然而，水蒸氣僅僅是通過蒸發(fā)和升華過程進(jìn)入大氣的。 蒸發(fā)是液態(tài)水變?yōu)樗魵獾淖兓?。?dāng)水蒸氣形成時(shí)，它從最近的可用熱源吸收熱量。這個(gè)熱交換就是蒸發(fā)的隱形加熱。這種現(xiàn)象的一個(gè)很好的例子是身體的排汗蒸發(fā)。主要的印象是熱量從身體帶走后的變冷感覺。類似地，升華是冰直接變?yōu)樗魵獾淖兓?，完全跳過了液態(tài)狀態(tài)。雖然干冰不是水而是二氧化碳制成的，它能說明固態(tài)直接變?yōu)闅鈶B(tài)的升華原理。 相對(duì)濕度濕度是指在一個(gè)給定的時(shí)刻大氣中所含水蒸氣的多少。相對(duì)濕度是空氣中的實(shí)際水分量相對(duì)于那個(gè)溫度時(shí)空氣可以容納的總水分量。例如，如果當(dāng)前相對(duì)濕度為65%，即空氣在這個(gè)溫度和壓力時(shí)含有能夠容納的總水分量的65%。雖然美國(guó)西部的大部分地區(qū)很少看到高濕度的天氣，但是在美國(guó)南方溫暖的月份，相對(duì)濕度從75%到90%并不罕見。如圖10-20 溫度/露點(diǎn)關(guān)系露點(diǎn)和溫度之間的關(guān)系定義了相對(duì)濕度的概念。以度表示的露點(diǎn)是空氣不能再容納更多水分時(shí)的溫度。當(dāng)空氣溫度降低到露點(diǎn)時(shí)，空氣就完全飽和，水汽開始在空氣中凝結(jié)，以霧，露水，霜，云，雨，冰雹或者雪的形式出現(xiàn)。 當(dāng)潮濕的不穩(wěn)定空氣上升時(shí)，云經(jīng)常在溫度和露點(diǎn)一致的高度形成。當(dāng)升高時(shí)，不飽和空氣冷卻速度為5.4華氏度每1000英尺，而露點(diǎn)溫度降低速度為1華氏度每1000英尺。這就導(dǎo)致了溫度的收斂，即露點(diǎn)變化速度為4.4華氏度每1000英尺。在報(bào)告的溫度和露點(diǎn)數(shù)據(jù)上應(yīng)用收斂速度來確定云底的高度。 假設(shè)： 示例: 85-71=14 解釋: 地面環(huán)境溫度為85華氏度，而地表露點(diǎn)溫度為71華氏度，差值為14度。溫度露點(diǎn)差除以收斂速度4.4度，然后再乘以1000得出近似的云底高度。 確定空氣到達(dá)飽和點(diǎn)的方法如果空氣到達(dá)飽和點(diǎn)而溫度和露點(diǎn)非常接近，霧，低云或降雨就很可能形成?？諝饪梢杂兴姆N方式到達(dá)完全的飽和點(diǎn)。第一，當(dāng)暖空氣在寒冷地面上移動(dòng)時(shí)，空氣的溫度會(huì)下降而達(dá)到飽和點(diǎn)。其二，當(dāng)冷空氣和暖空氣交匯時(shí)可能到達(dá)飽和點(diǎn)。第三，當(dāng)空氣在夜晚通過和較冷的地面接觸而冷卻時(shí)，空氣會(huì)達(dá)到它的飽和點(diǎn)。第四個(gè)方法是空氣升高或者被迫在大氣中上升時(shí)到達(dá)飽和點(diǎn)。 當(dāng)空氣上升時(shí)，它使用熱能來膨脹。結(jié)果是，上升的空氣快速的失去熱量。不飽和空氣散熱的速度是高度每增加1000英尺下降3攝氏度。不管是什么原因?qū)е驴諝獾竭_(dá)它的飽和點(diǎn)，飽和空氣都會(huì)帶來云，雨，和其他危險(xiǎn)的天氣狀況。 露和霜在涼爽平靜的夜晚，地面溫度和地表上的物體會(huì)導(dǎo)致周圍空氣的溫度降低到露點(diǎn)以下。當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，空氣中的水分會(huì)凝結(jié)且凝聚在地面，建筑物和其他物體如汽車和飛機(jī)上。這個(gè)水分就是眾所周知的露水，有時(shí)可以在早晨的草上看到。如果溫度低于冰點(diǎn)，水分將會(huì)以霜的形式沉積下來。而露水對(duì)飛機(jī)沒有危險(xiǎn)，霜對(duì)飛行安全有確定無疑的危險(xiǎn)。霜會(huì)破壞機(jī)翼上的氣流，能夠徹底的減少升力的產(chǎn)生。它也會(huì)增加阻力，當(dāng)同時(shí)產(chǎn)生的升力降低時(shí)，就會(huì)破壞起飛能力。開始飛行前，飛機(jī)必須徹底清除霜凍免受其影響。 霧根據(jù)定義，霧是從地表開始50英尺內(nèi)的云。它通常發(fā)生在接近地面的空氣溫度冷卻到空氣的露點(diǎn)時(shí)。 這是，空氣中的水蒸氣凝結(jié)，變成霧這種可見的形式。霧是按照它形成的方式來分類的，且依賴于當(dāng)前溫度和空氣中水蒸氣的多少。 在晴朗的夜晚，風(fēng)相當(dāng)小或者無風(fēng)時(shí)，可能產(chǎn)生輻射霧。如圖10-21。通常的，它形成在低洼的地區(qū)如山谷。這種類型的霧發(fā)生在地面由于陸地的輻射而快速冷卻的時(shí)候，而且周圍空氣溫度到達(dá)它的露點(diǎn)。隨著太陽升起溫度上升，輻射霧升高，最終消散。風(fēng)的任何增強(qiáng)都會(huì)加快輻射霧的消散。如果輻射霧小于20英尺厚，它就稱為地面霧。
當(dāng)一層溫暖潮濕的空氣在寒冷地面上移動(dòng)時(shí)，很可能產(chǎn)生平流霧。不像輻射霧，形成平流霧需要有風(fēng)。15節(jié)以下的風(fēng)速讓霧形成和加強(qiáng)；超過15節(jié)風(fēng)速時(shí)，霧通常會(huì)升高，形成低層云。平流霧在沿海地區(qū)很常見，在那里海風(fēng)會(huì)把空氣吹向較寒冷的大陸。 在這些同樣的沿海地區(qū)，也可能發(fā)生滑升霧。當(dāng)潮濕穩(wěn)定的空氣被迫沿傾斜的陸地特征如山區(qū)上升時(shí)，就會(huì)發(fā)生滑升霧。這種類型的霧也需要風(fēng)才能產(chǎn)生和持續(xù)存在。滑升霧和平流霧不象輻射霧，可能不會(huì)隨著早晨的太陽而消散，相反可能持續(xù)多天。他們也可能延伸到比輻射霧更高的高度。 蒸汽霧或者海霧形成在干冷空氣沿溫暖的水面移動(dòng)時(shí)。隨著水的蒸發(fā)，它上升且類似煙霧。這種類型的霧于一年中最冷的時(shí)間在水體上很常見。低空紊流和結(jié)冰通常和蒸汽霧有關(guān)系。 冰霧發(fā)生在寒冷的天氣，那時(shí)溫度比冰點(diǎn)低的多，水蒸氣直接變成了冰晶。有利于它的形成條件類似于輻射霧，除了寒冷的溫度，通常是零下25華氏度或者更冷。它主要發(fā)生在北極地區(qū)，但是不知道在中緯度地區(qū)寒冷季節(jié)是否會(huì)發(fā)生。 云云是可見的指示物，而且通常也是將來天氣的預(yù)示。對(duì)于云的形成，必須有足夠的水蒸氣和凝結(jié)核，以及空氣可以冷卻的一個(gè)方法。當(dāng)空氣冷卻，到達(dá)它的飽和點(diǎn)，不可見的水蒸氣變?yōu)榭梢姷臓顟B(tài)。經(jīng)過沉積(也可以指升華)和凝結(jié)過程，水蒸氣凝結(jié)或升華成類似塵埃，鹽晶或者煙的稱為凝結(jié)核的微粒物。凝結(jié)核是非常重要的，因?yàn)樗鼮樗峁┝艘粋€(gè)從一種狀態(tài)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)的方法。 云的類型是根據(jù)它的高度，形狀，和行為來確定的。它們根據(jù)其云底高度分類為低云，中云，高云，和垂直擴(kuò)展的云。如圖10-22
中云形成在大約距離地面高度6500英尺延伸到距離地面20000英尺高度。它們是由水，冰晶和過度冷卻的水滴組成。典型的中高度云包括高層云和高積云。在較高海拔高度越野飛行的時(shí)候可能會(huì)遇到這些類型的云。高層云會(huì)產(chǎn)生紊流，可能發(fā)生中度結(jié)冰情況。高積云通常形成在高層云散開時(shí)，也可能發(fā)生輕度紊流和結(jié)冰情況。 高云形成在距地面20000英尺以上高度，通常只在穩(wěn)定空氣中形成。它們由冰晶組成，產(chǎn)生沒有實(shí)質(zhì)危險(xiǎn)的紊流或者結(jié)冰情況。典型的高空云是卷云，卷層云，和卷積云。 大范圍垂直擴(kuò)展的云是積云，它們垂直的形成了高聳的積云或者積雨云。這些云的底部形成在低高度到中高度云底區(qū)域，但是可以擴(kuò)展到高高度云層。高聳的積云表示大氣中不穩(wěn)定的區(qū)域，它們周圍和內(nèi)部的空氣是紊亂的。這些類型的云經(jīng)常發(fā)展成積雨云或者雷暴。積雨云包含大量水汽和不穩(wěn)定空氣，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的天氣現(xiàn)象如閃電，冰雹，龍卷風(fēng)，強(qiáng)陣風(fēng)，和風(fēng)切變。這些大范圍的垂直云可能由于其他云的形成而變的模糊，不總是可以在地面上或者飛行中看到。發(fā)生這種情況時(shí)，這些云按照術(shù)語被稱為內(nèi)涵式雷暴。 云的分類可以根據(jù)外觀和云的組成進(jìn)一步細(xì)分為特定的云類型。知道這些術(shù)語可以幫助你認(rèn)識(shí)看到的云。 下面是一個(gè)云分類的列表：
對(duì)于飛行員來說，積雨云可能是最危險(xiǎn)的云類型。它單獨(dú)或者成片出現(xiàn)，其名字要么是一個(gè)氣團(tuán)或者地形雷暴?？拷乇淼目諝庾儫岙a(chǎn)生一個(gè)氣團(tuán)雷暴；在山脈地區(qū)的空氣上坡運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致地形雷暴。以連續(xù)線形式形成的積雨云是雷暴或者颮線的非鋒面帶。 由于上升的空氣流導(dǎo)致了積雨云，它們的氣流是非常紊亂的，對(duì)飛行安全是一個(gè)重要的危險(xiǎn)。例如，如果一架飛機(jī)進(jìn)入雷暴，飛機(jī)將會(huì)遇到每分鐘超過3000英尺的上升或者下降氣流。另外，雷暴還會(huì)產(chǎn)生大冰雹，破壞性閃電，龍卷風(fēng)和大量的水，所有這些對(duì)飛機(jī)都是潛在的危險(xiǎn)。 在消散前，一個(gè)雷暴的發(fā)展會(huì)經(jīng)歷三個(gè)明顯的階段。它從積云狀態(tài)開始，其中空氣開始產(chǎn)生升力作用。如果有了足夠的水汽和不穩(wěn)定性，云量會(huì)繼續(xù)在垂直高度上增加。持續(xù)的上升氣流阻止了水汽的降落。上升氣流區(qū)域變得比推送雷暴的單獨(dú)的上升熱氣流還要大。在大約15分鐘內(nèi)，雷暴達(dá)到了它的成熟階段，這是雷暴生命周期中最猛烈的階段。這時(shí)，水分的下降，不管是水還是冰對(duì)于云層來說都太重而不能支撐，開始以雨或者冰雹的形式下落。這產(chǎn)生了空氣的向下運(yùn)動(dòng)。溫暖的上升空氣；冰冷的含有降雨的下降空氣；以及猛烈的紊亂氣流都存在于云內(nèi)或附近。在云的下方，向下急流的空氣增加了地面風(fēng)，且降低了溫度。一旦接近云頂部的垂直運(yùn)動(dòng)慢下來，云的頂部就會(huì)散開來呈現(xiàn)砧骨的形狀。這時(shí)，暴風(fēng)雨進(jìn)入了消散階段。這時(shí)下降的氣流分散開來取代了維持暴風(fēng)雨所需的上升氣流。如圖10-23
云幕高度在航空的用途上，云幕高度是被通報(bào)為多云的或者陰天的，或者垂直能見度開始昏暗而類似霧或者陰霾的云的最低高度。當(dāng)八分之五至八分之七的天空被云覆蓋時(shí)，則報(bào)告為云是破碎的。陰天的含義是整個(gè)天空被云覆蓋了。當(dāng)前云幕高度信息是由航空日常天氣報(bào)告(METAR)或者各種自動(dòng)天氣站通報(bào)的。 能見度和云量以及通報(bào)的云幕高度密切相關(guān)的是能見度信息。能見度是指裸眼能夠看到明顯物體的最大水平距離。當(dāng)前能見度也在METAR和其他航空天氣報(bào)告中通報(bào)，還有自動(dòng)天氣站。由氣象專家預(yù)測(cè)的能見度信息在飛行前天氣簡(jiǎn)報(bào)中也可以獲得。 降水降水是指在大氣中形成且降落到地面的任何形式的水的微粒物。它對(duì)飛行安全有深刻的影響。根據(jù)降水的不同形式，它會(huì)降低能見度，產(chǎn)生結(jié)冰條件，以及影響飛機(jī)的著陸和起飛性能。 降水發(fā)生是因?yàn)樵浦械乃蛘弑Ｖ饾u增大，直到大氣不能再支持它們。它落向地面時(shí)會(huì)以好幾種形式出現(xiàn)，包含細(xì)雨，下雨，冰粒，冰雹，和冰凍。 細(xì)雨被分類為非常小的小水滴，直徑小于0.02英寸。細(xì)雨通常伴隨著霧或者低層云出現(xiàn)。較大的小水滴就是指雨。在大氣中降落但是在滴到地面之前蒸發(fā)掉的雨稱作雨幡。當(dāng)?shù)孛鏈囟鹊陀诒c(diǎn)時(shí)，就會(huì)發(fā)生結(jié)冰雨或者冰毛毛雨；雨在接觸到更冷的地面時(shí)結(jié)冰。 如果雨降落通過溫度逆增層，它可能會(huì)在經(jīng)過下面的冷空氣時(shí)結(jié)冰，且以小冰粒的形式降落到地面。冰粒是溫度逆增的跡象，結(jié)冰的雨存在于更高的高度上。在冰雹的情況下，結(jié)冰的小水滴被云里的氣流攜帶的忽上忽下，它們和更多的水分接觸后逐漸變大。一旦上升的氣流不能維持結(jié)冰的水滴，它就會(huì)以冰雹的形式降落到地面。冰雹可能是豌豆大小的，也可能逐漸變到直徑5英寸大，比一個(gè)壘球還大。 雪是一種冰晶形式的降水，它以穩(wěn)定的速度降落，或者已開始下鵝毛大雪，強(qiáng)度逐漸變化，最后很快結(jié)束。降落的雪花的大小也會(huì)變化，呈非常小的雪?！久籽炕蛘叽笱┗ㄐ问?。米雪在大小上和毛毛雨相當(dāng)。 任何形式的降雨對(duì)飛行安全都是一個(gè)威脅。通常，降雨伴隨著低云幕高度和降低的能見度。有冰，雪或者霜在其表面的飛機(jī)在開始一次飛行前必須被仔細(xì)的清除，因?yàn)闅饬骺赡鼙黄茐亩ド?。雨也?huì)促使油箱進(jìn)水。降雨還會(huì)使跑道表面產(chǎn)生危險(xiǎn)，由于雪，冰，積水和打滑的表面使得起飛和降落困難。 |
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