Понимание и расчет конвективной доступной потенциальной энергии (CAPE)

Понимание конвективной доступной потенциальной энергии (CAPE)

Конвективная доступная потенциальная энергия (CAPE) имеет решающее значение в метеорологии для прогнозирования серьезности штормов, включая грозы и торнадо. CAPE количественно определяет восходящую силу в атмосфере и помогает метеорологам понять атмосферную нестабильность. Формула CAPE включает несколько параметров, каждый из которых важен для описания атмосферных условий.

Детали Формулы CAPE:

Формула для CAPE следующая:

• ЛФК Уровень свободной конвекции (метры)
• ЭЛ = Уровень равновесия (метры)
• г Ускорение свободного падения (~9,81 м/с²)
• θv = Виртуальная потенциальная температура (Кельвин)
• Телевизор = Виртуальная температура воздушной массы (Кельвин)
• ТВП Температура окружающей среды (Кельвины)
• dZ = Малое вертикальное увеличение (метры)

Понимание переменных

Понимание переменных является важным для понимания значимости CAPE:

• Уровень свободной конвекции (LFC): Высота, на которой поднимающийся воздушный пакет изначально становится теплее и менее плотным, чем окружающий воздух, что позволяет ему свободно подниматься.
• Уровень равновесия (UR): Высота, на которой восходящий воздушный пакет больше не обладает подъемной силой и устанавливается равновесие с температурой окружающей среды.
• Виртуальная потенциальная температура (θv): Это температура, которую бы имел пакет воздуха, если бы его разжали или сжали адиабатически до эталонного давления.
• Виртуальная температура (Tv): Включает влагу в температуру пакета, обеспечивая более точное измерение плавучести.
• Ускорение свободного падения (g): Константа примерно 9.81 м/с².

Разбор интеграции

Интеграция от LFC до EL представляет собой суммирование малых срезов плавучей энергии по вертикальному профилю. Член (g/θv) (Tv - Tvp) показывает, как плавучесть изменяется в зависимости от разницы температур и воздействия силы тяжести.

Пример из реальной жизни: Расчет CAPE

Чтобы сделать это ощутимым, давайте рассмотрим гипотетический пример:

Предположим:

• LFC = 1000 метров
• EL = 4000 метров
• θv = 300 Кельвина (средняя виртуальная потенциальная температура)
• Tv - Tvp = 5 Кельвин (средняя разница температур)
• dZ = 1 метр (шаги интеграции для простоты)

Для простоты предположим равномерную разницу температур и виртуальную потенциальную температуру по высоте, расчет CAPE упрощается следующим образом:

Резюме

CAPE измеряет атмосферную нестабильность и является решающим фактором в прогнозировании сильной погоды. Понимая его переменные и формулу, метеорологи могут точно предсказывать погодные условия и принимать профилактические меры.