Hur man läser Skew-T diagram

Om du inte har sett ett Skew-T diagram tidigare är det en stor underdrift att säga att de kan se lite skrämmande ut. Men med lite övning kan du bli en Skew-T-mästare och öppna nya dörrar för att lära dig om en mängd olika meteorologiska ämnen. Skew-T-diagram är otroligt användbara för att snabbt och exakt visa atmosfärens struktur hela vägen från ytan till 100 000 fot, och de har funnits länge – sedan 1947, för att vara exakt1.

Skew-T-diagram används oftast för att plotta in parametrar som mäts av radiosonder när de stiger genom atmosfären. De visar endast tre mätvärden: temperatur, daggpunkt och vindhastighet (vindens hastighet och riktning). Dessutom finns det fem linjer på ett Skew-T: isotermer, isobarer, torra adiabater, fuktiga adiabater och linjer för mättnadsblandningsförhållande.

Förutom att helt enkelt fungera som en mall för att plotta temperatur, daggpunkt och vind är Skew-T:s användbara för att enkelt hitta platser och värden för viktiga nivåer och parametrar i atmosfären. CAPE, LCL och LFC är bara några saker som lätt kan hittas med en Skew-T.

Låt oss börja vår resa med att lära oss mer om varje linje på en Skew-T.

Isotermer

Isotermer är linjer med konstant temperatur. De är namnen på Skew-T-diagrammet eftersom de är snedställda 45 grader åt höger. Att snedvrida Ts kan verka lite ointuitivt, men med en Skew-T kan vi enkelt beräkna viktiga atmosfäriska nivåer och parametrar som Lifting Condensation Level (LCL), Level of Free Convection (LFC), Equilibrium Level (jämviktsnivå) och CAPE. En Stüve är som en Skew-T men utan de skeva temperaturlinjerna. Den är inte lika användbar för de flesta meteorologiska tillämpningar eftersom adiabaterna på den inte är krökta, vilket innebär att vi inte kan beräkna de saker som anges ovan på ett korrekt sätt.

Isobarer

Isobarer definieras som ”linjer med konstant tryck”. På ett Skew-T-diagram plottas trycket, INTE höjden, på y-axeln, så isobarer är helt enkelt parallella med x-axeln. Eftersom trycket minskar långsammare med höjden ju högre man kommer, plottas trycket logaritmiskt på Skew-T-diagram. Av denna anledning kallas Skew-T-diagram också ofta för Skew-T/Log-P-diagram. Om vi inte hade logaritmerat trycket skulle Skew-T-diagrammen vara lika höga som de väderballonger som de ritas med – ungefär 100 000 fot högt!

Torra adiabater

Adiabatiska processer är processer där ingen värme utbyts med det yttre systemet (i vårt fall atmosfären), och torra adiabater visar hur mycket ett omättat paket svalnar när det lyfts genom atmosfären. Du tänker förmodligen ”hur kan ett paket svalna och behålla samma värmeinnehåll?”. Jo, kom ihåg att när ett luftpaket stiger expanderar det på grund av att den omgivande atmosfären utövar mindre tryck på det, så det totala värmeinnehållet förblir detsamma.

Adiabatiska processer är en följd av termodynamikens första lag, som säger att den värme som tillförs en viss massa av en gas är lika med förändringen av den inre energin + det arbete som utförs AV gasen PÅ omgivningen. Genom att göra några smarta matematiska manövrer och tillämpa lagen om ideala gaser finner vi att den första lagen säger att temperaturförändringar är positivt korrelerade med tryckförändringar. Jag kommer att diskutera detta och mer i en handledning i framtiden, men det viktiga att veta är att när ett omättat luftpaket stiger och ETT luftpaket sjunker kommer det att färdas parallellt med dessa adiabater.

Dessa adiabater följer ”Dry Adiabatic Lapse Rate”, som är ungefär 10 grader Celsius per kilometer.

Moist Adiabater

När mättad luft stiger följer den ”mättnads-” eller ”fuktiga adiabater”. När luften når mättnad kondenserar gasformig vattenånga till flytande vattendroppar, och denna fasförändring frigör ”latent värme” i atmosfären. På grund av detta är den fuktiga adiabatiska lapphastigheten ALLTID lägre än den torra adiabatiska lapphastigheten, men som du kan se ovan är fuktiga adiabater INTE parallella och varierar ganska mycket med både temperatur OCH höjd.

Det viktigaste att komma ihåg om fuktiga adiabater är att ett mättat luftpaket ENDAST kommer att följa dem om det stiger. Om paketet sjunker värms det bort från mättnad och kommer att följa de torra adiabaterna.

Saturation Mixing Ratio Lines

Mättnadsmängdsblandningsförhållandet är förhållandet, i gram vattenånga per kilogram luft, som ett luftpaket måste ha vid ett visst tryck och en viss temperatur för att anses vara ”mättat”. När ett luftpaket är mättat kan det i allmänhet inte rymma mer vattenånga.

Nu när du känner till linjerna – låt oss ta reda på hur vi kan använda dem för att beräkna några särskilt viktiga nivåer i atmosfären. Vi ska lära oss att beräkna den lyftande kondensationsnivån (LCL), den konvektiva kondensationsnivån (CCL), nivån för fri konvektion (LFC) och jämviktsnivån (EL) samt konvektiv tillgänglig potentiell energi (CAPE) och konvektiv hämning (CIN).

Lifting Condensation Level (LCL)

LCL är den trycknivå som ett luftpaket skulle behöva höjas (torka adiabatiskt) till för att bli mättat. För att hitta LCL följer du en torr adiabatlinje från din miljötemperatur på ytan och en linje för mättnadsblandningsförhållandet från din daggpunktstemperatur på ytan. Skärningspunkten mellan dessa markerar platsen för LCL. LCL är viktig eftersom den markerar platsen där luftpaketet slutar stiga med den torra adiabatiska lapphastigheten och övergår till den fuktiga adiabatiska lapphastigheten.

Convective Condensation Level (CCL)

En nära besläktad nivå är den konvektiva kondensationsnivån, eller CCL. CCL är den trycknivå som ett paket, om det värms upp till den ”konvektiva temperaturen”, fritt skulle stiga upp och bilda ett cumulusmoln. Den konvektiva temperaturen är den temperatur som ytan måste nå för att luften fritt ska kunna stiga upp, och CCL ligger i skärningspunkten mellan omgivningstemperaturen (INTE en torr adiabat från ytan… det är LCL) och linjen för mättnadsblandningsförhållandet från ytans daggpunktstemperatur.

Anteckningar: LCL och CCL är användbara för att bestämma höjden på molnbaser. För icke-konvektiva moln som tvingas stiga är LCL en bra approximation. Å andra sidan är CCL en bättre uppskattning för moln som bildas av konvektion, som cumulusmoln. I verkligheten ligger molnbaser i allmänhet någonstans mellan LCL och CCL.

Anledningen till att åskväder i öknen ofta har höga baser är att daggpunkterna på ytan är låga där, vilket gör att LCL och CCL ligger högt i atmosfären. Omvänt har åskväder på fuktiga platser i allmänhet lägre baser eftersom LCL är lägre.

Nivå för fri konvektion (LFC)

LFC är den trycknivå som ett luftpaket skulle behöva höjas för att dess temperatur ska vara lika med omgivningstemperaturen. Den hittas genom att ta den fuktiga adiabaten från LCL tills den skär omgivningstemperaturen. Efter detta är luftpaketet varmare än sin omgivning och kan fritt stiga (därav namnet – level of free convection).

Det finns några få isolerade situationer där detta tillvägagångssätt inte fungerar – till exempel om ytan har nått den ”konvektiva temperaturen” som nämns ovan, är LFC vid ytan. Men för det stora flertalet situationer fungerar denna metod utmärkt.

Inte alla sonderingar har en LFC. Om den fuktiga adiabaten aldrig skär omgivningstemperaturen eftersom atmosfären är relativt stabil och inte uppvisar en kraftig temperatursänkning med höjden, finns det ingen LFC. Dessutom har många platser som har en LFC under dagen kanske inte har någon på natten, när ytan är svalare och atmosfären är mer stabil.

Equilibrium Level (EL)

Jämviktsnivån existerar bara om det finns en LFC, och den definieras som den nivå där den fuktiga adiabat som betecknar luftpaketets väg korsar omgivningstemperaturen igen. Vid EL har luftpaketet samma temperatur som omgivningen, och ovanför den är det svalare och tätare. EL kan hittas genom att titta på ”städ” på åskväder, eftersom dessa markerar den plats där ett stigande luftpaket inte längre har positiv flytkraft. Den ”överskjutande toppen” på ett åskväder överskrider jämviktsnivån, men detta beror endast på att drivkraften hos stormens övermäktiga uppåtgående ström gör det möjligt för den att nå en högre höjd, INTE på grund av att luften ovanför jämviktsnivån är positivt uppdrivande.

Konvektiv tillgänglig potentiell energi (CAPE) och konvektiv hämning (CIN)

CAPE är det område som avgränsas av omgivningstemperaturen och temperaturen för ett paket när det stiger längs den fuktiga adiabatiska lapshastigheten. Definitionsmässigt är den nedre gränsen för CAPE LFC och den övre gränsen EL. Eftersom CAPE mäter hur flytande ett luftpaket är i förhållande till sin omgivning kan den användas för att uppskatta den maximala styrkan hos uppåtgående vindar i en storm, och därmed hur allvarlig en storm kan bli. Om man vill ha stora stormar behöver man stor CAPE. Period.

CIN är CAPE:s motsats: medan CAPE mäter positiv flytkraft och styrkan av möjlig konvektion, mäter CIN negativ flytkraft och motståndet mot konvektion. CIN avgränsas av omgivningstemperaturen till höger och temperaturen hos det stigande paketet till höger, och mäts från LFC och nedåt till den plats där omgivningstemperaturen och paketets temperatur är densamma, vilket nästan alltid är ytan. I detta område är paketets temperatur lägre än omgivningens, vilket gör paketet tätare och får det att sjunka i avsaknad av yttre påverkan. CIN når i allmänhet sin topp tidigt på morgonen och minskar under dagen när solen värmer upp ytan.

CIN är faktiskt en nödvändig ingrediens för svåra stormar eftersom den gör det möjligt för CAPE att byggas upp till enorma nivåer genom att förhindra konvektion och blandning av atmosfären under morgontimmarna. När uppvärmningen från ytan slutligen eroderar CIN har CAPE-värdena vuxit sig astronomiskt stora och all stormutveckling är explosiv, vilket leder till kraftfulla superceller med stora hagelmängder, skadliga vindar och tornados.

Här är ett klassiskt ljud från Oklahoma City för svåra väderförhållanden som togs tre timmar innan den förödande EF-5-tornadon från 2013 i Moore, OK. Se om du kan hitta LCL, CCL, LFC, EL, CAPE och CIN på det här ljudet!

Tack för att du läste, jag hoppas att du lärde dig något!

Skrivet av Charlie Phillips – charlie.weathertogether.net. Senast uppdaterad 2017-05-17

1. National Weather Service (n.d.). Skew-T Log-P-diagram. Hämtad den 10 maj 2017 från http://www.srh.noaa.gov/jetstream/upperair/skewt.html
2. University Corporation for Atmospheric Research (n.d.). Skew-T Mastery. Hämtad 17 maj 2017, från http://www.meted.ucar.edu/mesoprim/skewt/
3. Ladd, R. (2014, april 25). Grunderna för en ljudning av hårt väder. Hämtad 17 maj 2017 från http://wx4cast.blogspot.com/2014/04/the-basics-of-severe-weather-sounding.html

.