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Ascension adiabatique

Date post: 05-Jan-2016
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Ascension adiabatique. 8 km. Une particule d ’air dans un courant ascendant très fort peut refroidir de 40 °C en 15 minutes. 2 km. Dans les cas de soulèvement dû aux mouvements d ’ascendance synoptiques, bien plus lents, le refroidissement est de l ’ordre de grandeur de - PowerPoint PPT Presentation
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Ascension adiabatique ne particule d ’air ans un courant ascendant très fort eut refroidir de 40 °C en 15 minutes 2 km 8 km
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Page 1: Ascension  adiabatique

Ascension adiabatique

Une particule d ’air dans un courant ascendant très fortpeut refroidir de 40 °C en 15 minutes

2 km

8 km

Page 2: Ascension  adiabatique

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

Page 3: Ascension  adiabatique

Des nuages denses et précipitants ont toujours comme origine des mouvements ascendants de l ’air

Page 4: Ascension  adiabatique

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.

Page 5: Ascension  adiabatique

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:

Page 6: Ascension  adiabatique

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:

Page 7: Ascension  adiabatique

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

Page 8: Ascension  adiabatique

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

Page 9: Ascension  adiabatique

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

Page 10: Ascension  adiabatique

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

Page 11: Ascension  adiabatique

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

Page 12: Ascension  adiabatique

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

Page 13: Ascension  adiabatique

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

Page 14: Ascension  adiabatique

Procédé adiabatique avec saturation

Page 15: Ascension  adiabatique

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

Page 16: Ascension  adiabatique

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

Page 17: Ascension  adiabatique

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)

Page 18: Ascension  adiabatique

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:

Page 19: Ascension  adiabatique

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

Page 20: Ascension  adiabatique

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

Page 21: Ascension  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

Page 22: Ascension  adiabatique

Résumé des températures

Transparents pages 21 et 23 Notes de cours Enrico Torlashi

Page 23: Ascension  adiabatique

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

Page 24: Ascension  adiabatique

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

Page 25: Ascension  adiabatique

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

Page 26: Ascension  adiabatique

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

Page 27: Ascension  adiabatique

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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