ascension adiabatique
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Ascension adiabatique
Une particule d ’air dans un courant ascendant très fortpeut refroidir de 40 °C en 15 minutes
2 km
8 km
Dans les cas de soulèvement dû aux mouvements d ’ascendance synoptiques, bien plus lents, le refroidissement est de l ’ordre de grandeur de 20 °C par jour...
Ascension adiabatique
Des nuages denses et précipitants ont toujours comme origine des mouvements ascendants de l ’air
Ascension adiabatique: modèle
Quand des particules d ’air sont en mouvementascendant on suppose que :
Les échanges de chaleur sont nuls c ’est-à-dire que la détente est adiabatique.
La pression de la particule est à chaque instantla même que la pression de l ’environnement.
La température de la particule peux être différentede celle de l ’air environnant.
Transformation adiabatique sans condensation
0q dh dp
0p
RTc dT dp
p
0p
dT dpc RT p
0 0p
RcT p
T p
Les variables thermodynamiques sont reliéespar l ’équation:
Transformation adiabatique sans condensation : température potentielle
Pour l ’air humide
1000 p
Rcmb
Tp
Pour l ’air sec
1000d
pd
Rcmb
Tp
1 0.608
1 0.837
d d
p pd pd
R R q R
c c q c
Puisque:
Changement de l ’humidité relative pendant l ’ascension
s
eU e
ln ln ln ln ln lns sU e e d U d e d e
ln lnpd
d
cd e d T
R 2
ln vs
v
ld e dT
R T
2ln pd v
d v
c ldTd U dT
R T R T 2
ln pd v
d v
c ldTd U dT
R T R T
Changement de l ’humidité relative pendant l ’ascension
2ln pd v
d v
pd v
d v
A B
c ldTd U dT
R T R T
c ldU U
dT T R R T
Par A l ’humidité relative augmente avec T
Par B l ’humidité relative diminue avec T
pd
d
cde dT
e R T
s v
s v
de l dT
e R T T
Changement de l ’humidité relative pendant l ’ascension
pd v
d v
A B
c ldU U
dT T R R T
Pour T<1500 C A<B:
L ’humidité relative augmente pendant une ascensionadiabatique (dT < 0).L ’humidité relative diminue dans une descente adiabatique (dT > 0).
Aux températures atmosphériques:
Voir le transparent, page 16
NCA: niveau de condensation par ascension adiabatique
Quelles sont la pression et la température auxquelles la particule (p,T, U < 1) sera saturée (pc, Tc, Uc=1) après une ascension adiabatique (NCA) ?
Pour trouver la température de condensation Tc: intégrez l ’équation
0 0 0
1
2ln
c cT TUpd v
U T Td v
c ldTd U dT
R T R T
Exercice: NCA
0 0 0
1
2ln
c cT TUpd v
U T Td v
c ldTd U dT
R T R T
00 0
1 1ln lnpd c v
d v c
c T lU
R T R T T
Exercice: NCA
Tc connue, nous pouvons calculer pc, le niveau desaturation par soulèvement adiabatique:
0 0 00
pdd
pd d
cRc R
cc c c
T p Tp p
T p T
Niveau de condensation par soulèvement adiabatique (NCA)
(T)Particule: p = 900 mb T = 20 °CTD = 12 °C
Soulever la particule au niveau choisi, selon l ’adiabatique sèche, jusqu ’à ce qu ’elle rencontre la ligne de rapport de mélangeassociée à TD
Niveau de condensation par ascension (NCA) est le niveau où l ’air soulevé à partir de la surface se sature
Procédé adiabatique avec saturation
Procédé adiabatique réversible avec saturation
L ’eau qui se condense reste dans l ’air (formationdu nuage) et elle peut s ’évaporer lorsque l ’airdescend.
Système thermodynamique
m = md + mv + mw
T, p = pd+ emt = mv + mw
État initial: État final:m = md + m ’v + m ’w
T’, p’ = p’d+e ’mt = m’v + m’w
Procédé adiabatique et réversible : isentropique
Système thermodynamique
État initial: T, p, m, mv, mw
État final: T ’, p ’, m, m ’v, m ’w
s = 0
Équation du procédé: démonstration
Équation qui décrit le processus:
ln ln 0v spd t w d
l rc rc T R d p d
T
Cette équation représente une famille de courbesde paramètre rt (le contenu en eau total)
Équation qui décrit le processus:
ln ln 0spd d v
rc T R d p l d
T
ln ln 0spd d v
rc T R d p l d
T
ln ln 0v spd t w d
l rc rc T R d p d
T
ln ln 0v spd t w d
l rc rc T R d p d
T
Avec les approximations habituelles:
et constantet w pd vrc c l
On a:
processus pseudo adiabatique:
Hypothèse: L ’eau condensée sort du système(précipite) au fur et à mesure de sa formation
L ’équation qui décrit de ce processus est
ln ln 0v spd t w d
l rc rc T R d p d
T
Avec t sr r
ln ln 0v spd s w d
l rc r c T R d p d
T
ln ln 0v spd s w d
l rc r c T R d p d
T
Comparaison entre les deux procédés:
ln ln 0v spd s w d
l rc r c T R d p d
T
ln ln 0v spd s w d
l rc r c T R d p d
T
ln ln 0v spd t w d
l rc rc T R d p d
T
ln ln 0v spd t w d
l rc rc T R d p d
T
Processus adiabatique:
Processus pseudo adiabatique
ln ln 0spd d v
rc T R d p l d
T
ln ln 0spd d v
rc T R d p l d
T
Comparaison entre les deux procédés avec les approximations habituelles:
ln ln 0v spd s w d
l rc r c T R d p d
T
ln ln 0v spd t w d
l rc rc T R d p d
T
Processus adiabatique:
Processus pseudo adiabatique
ln ln 0spd d v
rc T R d p l d
T
ln ln 0spd d v
rc T R d p l d
T
Résumé des températures
Transparents pages 21 et 23 Notes de cours Enrico Torlashi
Conservation des différentes propriétés des masses d ’air
Quels paramètres sont conservés pendant lesprocessus atmosphériques?
Une propriété est invariante pour un processusdonné quand elle demeure inchangée pour ceprocédé
Conservation des différentes propriétés des masses d ’air
Procédé Réchauffement ou refroidissementisobarique sans condensation
NC
C
C
C
NC
NC
NC
Humidité relative, U
Pression de vapeur, e
Rapport de mélange, r
Point de rosée, TD
Tem. du ther. mouillé, Tw
Tem. potentielle, Tem. potentielle duthermomètre mouillé, w
Conservation des différentes propriétés des masses d ’air
Procédé Évaporation/condensationisenthalpique
NC
NC
NC
NC
C
NC
C
Humidité relative, U
Pression de vapeur, e
Rapport de mélange, r
Point de rosée, TD
Tem. du ther. mouillé, Tw
Tem. potentielle, Tem. potentielle duthermomètre mouillé, w
Conservation des différentes propriétés des masses d ’air
Procédé Expansion adiabatiquesèche
NC
NC
C
NC
NC
C
C
Humidité relative, U
Pression de vapeur, e
Rapport de mélange, r
Point de rosée, TD
Tem. du ther. mouillé, Tw
Tem. potentielle, Tem. potentielle duthermomètre mouillé, w
Conservation des différentes propriétés des masses d ’air
Procédé Expansion adiabatiquesaturée
C
NC
NC
NC
NC
NC
C
Humidité relative, U
Pression de vapeur, e
Rapport de mélange, r
Point de rosée, TD
Tem. du ther. Mouillé, Tw
Tem. Potentielle, Tem. potentielle duthermomètre mouillé, w
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