Verstehen und Berechnen der konvektiven verfügbaren potentiellen Energie (CAPE)

Das Verständnis der konvektiven verfügbaren potentiellen Energie (CAPE)

Konvektive verfügbare potenzielle Energie (CAPE) ist in der Meteorologie entscheidend für die Vorhersage der Sturmstärke, einschließlich Gewittern und Tornados. CAPE quantifiziert die Auftriebskraft in der Atmosphäre und hilft Meteorologen, die atmosphärische Instabilität zu verstehen. Die Formel für CAPE umfasst mehrere Parameter, die jeweils bedeutend für die Beschreibung der atmosphärischen Bedingungen sind.

CAPE Formel Details:

Die Formel für CAPE lautet wie folgt:

• LFC = Niveau der freien Konvektion (Meter)
• EL = Gleichgewichtsniveau (Meter)
• g = Erdbeschleunigung (~9,81 m/s²)
• θv = Virtuelle potenzielle Temperatur (Kelvin)
• Fernseher = Virtuelle Temperatur des Luftpakets (Kelvin)
• Tvp = Virtuelle Temperatur der Umgebung (Kelvin)
• dZ = Kleiner vertikaler Anstieg (Meter)

Die Variablen verstehen

Das Verständnis der Variablen ist entscheidend, um die Bedeutung von CAPE zu erfassen:

• Niveau der freien Konvektion (LFC): Die Höhe, in der ein aufsteigendes Luftpaket zunächst wärmer und weniger dicht als die umgebende Luft wird, was ihm ermöglicht, frei aufzusteigen.
• Gleichgewichtsniveau (EL): Die Höhe, in der das aufsteigende Luftpaket nicht mehr auftriebsgünstig ist und ein Gleichgewicht mit der Temperatur der Umgebung hergestellt wird.
• Virtuelle potenzielle Temperatur (θv): Es ist die Temperatur, die ein Luftpaket hätte, wenn es adiabatisch auf einen Referenzdruck expandiert oder komprimiert wird.
• Virtuelle Temperatur (Tv): Integriert Feuchtigkeit in die Pakettemperatur, um ein genaueres Maß für die Auftriebskraft zu erhalten.
• Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft (g): Eine Konstante von ungefähr 9,81 m/s².

Die Aufschlüsselung der Integration

Die Integration von LFC zu EL repräsentiert die Summierung der kleinen Stücke der Auftriebenergie über das vertikale Profil. Der (g/θv) (Tv - Tvp) Term zeigt, wie der Auftrieb mit Temperaturdifferenzen und dem Einfluss der Schwerkraft variiert.

Echtes Beispiel: Berechnung des CAPE

Um dies greifbar zu machen, lassen Sie uns ein hypothetisches Beispiel durchgehen:

Angenommen:

• LFC = 1000 Meter
• EL = 4000 Meter
• θv = 300 Kelvin (durchschnittliche virtuelle potenzielle Temperatur)
• Tv - Tvp = 5 Kelvin (durchschnittlicher Temperaturunterschied)
• dZ = 1 Meter (Integrationsschritte zur Vereinfachung)

Zur Vereinfachung nehmen wir einen einheitlichen Temperaturunterschied und eine virtuelle potentielle Temperatur über die Höhe an, daher vereinfacht sich die CAPE Berechnung zu:

Zusammenfassung

CAPE misst die atmosphärische Instabilität und ist entscheidend für die Vorhersage von schwerem Wetter. Durch das Verständnis seiner Variablen und Formeln können Meteorologen Wetterbedingungen vorhersagen und präventive Maßnahmen genau ergreifen.