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[科普中国]-对流抑制能

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对流抑制能 (Convective inhibition, CIN or CINH) 是气象学名词,其意义为阻止气块自地面上升至自由对流高度的能量大小。

简介对流抑制能(Convective inhibition,CINorCINH)是气象学名词,其意义为阻止气块自地面上升至自由对流高度的能量大小。

地面气块需要突破负浮力区所造成的对流抑制能,才能继续向上发展深对流。当对流抑制能存在时,负浮力区通常会分布在地表到自由对流高度之间。气块的负浮力来自于比地面气块温度更高(密度更低)的周围环境空气,气块在此环境下将会产生向下的加速度。由此可知,对流抑制能分布的高度区间,其温度应该是高于上层和下层的温度,所以下层空气块难以上升通过此区域,进入深对流发展阶段。

当对流抑制能存在时,意味着大气中有相对较暖空气层覆盖在较冷空气层之上,因而阻挡了较冷空气层内的空气块上升,形成相对稳定的区域。对流抑制能的大小代表驱动较冷空气层内气块突破上方较暖空气层所需要的能量,这些能量可由锋面、地面加热、加湿或中尺度辐合边界层(例如:外流和海风、地形举升)提供。

如果一个地方的上空具有较高的对流抑制能,则大气处于相对稳定的状态,不利雷暴产生,概念上可以视为与对流可用位能相反的指标。

对流抑制能阻碍了上升气流,让对流、雷暴较难发生。但是如果有大量的对流抑制能被加热或加湿过程消耗掉,则发展出来的对流反而会比没有对流抑制能的情境下更旺盛,这是因为对流抑制能将对流可用位能暂时蓄积在低层大气,等到累积足够对流可用位能足以突破负浮力区时,其对流可用位能往往已经达到相当可观的数值。

低层大气的干空气平流和地表空气的冷却都会增强对流抑制能,因为两者均会减少近地面空气的虚温,使得垂直虚温分布在低层附近出现逆温结构,上方虚温较高的空气阻碍下方空气块的上升运动。接近的锋面和短波也会影响对流抑制能的增强或减弱。1

自由对流高度自由对流高度 (level of free convection,**LFC)**是在近地面气块上升的过程中,当气块的温度与环境温度相同,且环境的温度垂直递减率小于湿绝热温度垂直递减率时,气块所处的高度位置即为自由对流高度。

通常寻找自由对流高度的位置是从近地面的温度出发,沿着干绝热气温垂直递减率走,直到与气块的水汽混和比线相交:此时气块达到饱和,此点为举升凝结高度。从此点开始改沿着湿绝热气温垂直递减率(潜热释放)走,直到与环境温度相当时,若气块继续往上仍比环境温度高,则为自由对流高度,反之则为平衡高度。

气块通过自由对流高度之后,由于上方的环境空气温度比气块更低,因此气块会继续获得浮力,加速上升,直到气块与环境温度相当的平衡高度为止。如果一个气块在垂直运动过程中有一个以上的自由对流高度,则此大气处于不稳定状态,容易有积云或雷暴产生。1

相关大气热力学

对流不稳定

平衡高度

热力学图

本词条内容贡献者为:

胡建平 - 副教授 - 西北工业大学