Frage:
Wie erkläre ich, warum das tibetische Plateau in ähnlichen Breiten kälter ist als das Tiefland?
gerrit
2014-04-16 00:52:31 UTC
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Eine übliche Erklärung für Laien für , warum es in höheren Lagen kälter wird (hier wird nur die Troposphäre berücksichtigt), läuft qualitativ auf hinaus. Die Sonne erwärmt die Erdoberfläche und die Erdoberfläche erwärmt die Atmosphäre . Ich erinnere mich, dass ich jedes Mal, wenn ich als Kind diese Erklärung hörte oder las, dachte: Warum ist das tibetische Plateau dann immer noch kälter als das Tiefland auf demselben Breitengrad? Immerhin ist die Sonnenenergie, die in Tibet an die Oberfläche gelangt, nicht weniger. Natürlich steckt noch mehr dahinter.

Angesichts der Bemerkung eines Dozenten für Quantenphysik, dass Sie etwas erst wirklich verstehen, nachdem Sie das Fach zweimal unterrichtet haben , formuliere ich meine Frage als solches: Wie erklärt man Laien, warum das tibetische Plateau in ähnlichen Breiten kälter ist als das Tiefland?

Drei antworten:
#1
+16
DrewP84
2014-04-16 06:05:07 UTC
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Die Antwort ist, dass die Erde kein statisches System ist.

Aufgrund des idealen Gasgesetzes kühlt sich die Luft beim Aufsteigen ab. Dies wird als trockene adiabatische Zeitrafferrate bezeichnet. Sie sind jedoch neugierig, warum nicht jeder Ort auf der Erde die gleiche Temperatur auf dem gleichen Breitengrad hat. Wir wissen, dass dies nicht wahr ist. Aber warum ist das nicht wahr? Wetter.

Die Erde versucht, wie bei den meisten natürlichen Phänomenen, ein statisches Gleichgewicht zu erreichen. Die Unterschiede in der ein- und ausgehenden Strahlung hinterlassen auf der Erde Nettoenergiereserven, die ausgeglichen werden müssen. Das Wetter ist der Mechanismus, mit dem die Erde versucht, ein Gleichgewicht zu erreichen.

Okay, wir wissen also, dass das Wetter das statische Gleichgewicht auf der Erde stört. Aber wie funktioniert das? Wind. Oder noch besser, Advektion. Advektion ist einfach der Transport eines atmosphärischen Parameters (wie Feuchtigkeit, Temperatur oder Rotation) von einem Ort zum anderen. Wind kann also Temperatur, Feuchtigkeit und Rotation „transportieren“.

Sie benötigen nicht unbedingt einen Sturm, um einen dieser Parameter zu bestimmen. Tatsächlich sind sie immer in Bewegung. Kalte Luft bewegt sich immer von den Polen weg.

Das beantwortet es doch nicht ganz, oder? Stellen Sie sich vor, Sie sind Hunderte oder Tausende von Meilen von Tibet entfernt. Sie befinden sich nicht mehr in einer Bergregion, sondern in einem Flachland auf Meereshöhe. Die Umweltverschlechterungsrate liegt 6,5 ° C / 1000 m über diesem Standort (da es sich nicht um ein Luftpaket handelt). Tibet ist 4500 m - 8850 m hoch. Das wären ungefähr 32,5 ° C Kühlung auf 5000 m. Die Luft, die von anderswo nach Tibet gelangt, ist durchschnittlich 32,5-50 ° C kühler als auf Meereshöhe.

Es ist also nicht so sehr so, dass Tibet weniger Strahlung empfängt als andere Punkte auf demselben Breitengrad ( es ist nicht ). Es ist mehr so, dass die Luft an anderen Orten auf der Höhe Tibets viel kühler ist als die Luft auf Meereshöhe. Denken Sie daran, wir messen die Lufttemperatur!

Richtig. Der * horizontale * Temperaturgradient ist instabil. Aber ein Stück Sand in der Sonne in Tibet würde wahrscheinlich immer noch sehr heiß werden, nehme ich an.
Eine Oberfläche würde Schwierigkeiten haben, in dieser Höhe eine beträchtliche Wärmemenge zu speichern. Es gibt zu viele Wärmeverlustquellen um jeden Punkt, der versucht hat, sich zu erwärmen. In jeder Richtung über der Oberfläche würde kalte, trockene Luft Wärme von dieser Oberfläche abführen. In jeder Richtung zu den Seiten oder unter einer isolierten Oberfläche würde kältere Erde auch Wärme verbrauchen. Jede Art von Wind würde den Wärmeabfluss nur weiter beschleunigen.
[Tibetische Bodentemperatur auf 4450 m in der Nähe von Nagqu] (http://i.imgur.com/9NrSXTZ.png)
Das Bodentemperaturdiagramm ist interessant, woher kommt es, in welchem ​​Kontext?
Ich wollte lediglich die Bodentemperaturen auf 4500 m in Tibet während eines typischen Jahres veranschaulichen. Der Boden ist fast die Hälfte des Jahres unter dem Gefrierpunkt, erwärmt sich jedoch an längeren Tagen. Sie haben also Recht, dass es immer noch relativ "heiß" wird. [Tibetischem Boden und Feuchtigkeit Studie PDF] (http://www.researchgate.net/profile/Kun_Yang4/publication/235948922_The_Tibetan_Plateau_observatory_of_plateau_scale_soil_moisture_and_soil_temperature_%28Tibet-Obs%29_for_quantifying_uncertainties_in_coarse_resolution_satellite_and_model_products/file/e0b49514a79f0b00fa.pdf?origin=publication_detail)
#2
+11
casey
2014-04-16 22:26:37 UTC
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Sie haben Recht, dass der Sonneneintrag auf dem tibetischen Plateau mit einem Standort auf Meereshöhe auf demselben Breitengrad identisch ist. Sie haben auch Recht, dass die Sonne die Erdoberfläche und damit auch die Atmosphäre erwärmt. Nun zu den restlichen Details.

  • Albedo

    Albedo ist ein Maß für "Weiß" und gibt uns eine Vorstellung davon, wie die Sonneneinstrahlung mit der Erde interagiert . Sie wissen wahrscheinlich, dass dunkle Dinge in der Sonne sehr heiß werden, während helle Objekte nicht so heiß werden. Dies liegt daran, dass ein Photon von der Sonne, wenn es auf die Erde trifft, entweder absorbiert oder gestreut wird. Ohne auf die Dynamik der Strahlung einzugehen, lasse ich es einfach so, dass dunkle Farben dazu neigen, zu absorbieren, und helle Farben dazu neigen, zu streuen. Jetzt übersetzen wir dies in Albedo - ein hoher Wert "Weiß" bedeutet, dass der Sonneneintrag zurück in die Atmosphäre reflektiert wird; Ein niedriger Wert bedeutet, dass Sonneneinstrahlung absorbiert wird. Ein Wald oder Ozean hat eine niedrige Albedo. Schneedecke und Eis haben eine hohe Albedo.

    Die Albedo in Tibet ist jedoch im Durchschnitt nur geringfügig höher als der Durchschnitt (~ 0,35, wie in den Kommentaren unten angegeben), sodass dieser Effekt nur geringfügig abnimmt in absorbierter Sonnenstrahlung als Durchschnitt.

  • Absorption

    Der in Tibet absorbierte Sonneneintrag regt die Moleküle im Boden an und sie reagieren, indem sie sich erwärmen (und langwellige Strahlung emittieren). . Die nach oben emittierte Strahlung hat nichts mit der Lufttemperatur zu tun, nur die Treibhausgase absorbieren diese Wellenlängen gut, normale trockene Luft nicht. Es ist bemerkenswert, dass in diesen Höhen auch weniger Wasserdampf vorhanden sein wird, was wahrscheinlich das beste Treibhausgas ist. Wenn Strahlung die Luft nicht erwärmt, bleiben Leitung und Konvektion zurück.

  • Leitung

    Die Erde erwärmt die Atmosphäre durch Wärmeleitung mit dem niedrigsten Anteil an Molekülen in der Atmosphäre. Damit eine Leitung stattfinden kann, müssen sich Moleküle berühren. Bei niedrigeren Drücken in großer Höhe gibt es weniger Luftmoleküle und die Leitung ist weniger effizient als in niedrigeren Höhen.

  • Atmosphäre

    Luft, die zum tibetischen Plateau aufsteigt, ist bereits in großer Höhe eingeblasen, oder sie wird aus tieferen Lagen in die Luft geblasen. In beiden Fällen neigt diese Luft dazu, kalt und trocken zu sein. Die Steigungsströmung kühlt sich in der Regel um 6 ° C / km ab, bis sie austrocknet (Regen, Wolken) und dann mit 10 ° C / km abkühlt. Für die Luft, die sich bereits in der Höhe befindet, liegt die durchschnittliche Höhe Tibets bei etwa 580 hPa und die Standardtemperatur bei diesem Druck bei -14 ° C. Von diesen beiden Effekten dominiert die kühle Luftvorbeugung von Luft, die sich bereits in dieser Höhe befindet, gegenüber dem adiabatischen Aufwärtsstrom. Diese Luft in der Höhe bewegt sich tendenziell schneller als an der Oberfläche, und es strömt ständig neue einströmende, kalte Luft über die Oberfläche Tibets.

Alles zusammen:

Die etwas höhere Albedo ist unser erster Verdacht, warum Tibet kälter ist als niedrigere Höhen auf demselben Breitengrad - Ein größerer Teil des Sonnenlichts wird in den Weltraum reflektiert und trägt nicht zur Erwärmung des Bodens bei. Der nächste Verdächtige ist die weniger effiziente Erwärmung der Atmosphäre durch die Oberfläche. Darauf folgt die Atmosphäre, die auf Meereshöhe (in ähnlichen Breiten) bereits viel kälter als die Oberfläche ist. Nehmen Sie eine viel kältere Luftmasse als der Meeresspiegel, erhitzen Sie sie weniger als auf Meereshöhe und Sie werden kälter als auf Meereshöhe.

Einige Gedanken; Nach Peixoto und Oort, Physik des Klimas, Abb. 6.10a, ist die Albedo in Tibet etwas, aber nicht viel höher (Sahara 0,3, Tibet 0,35, Eiskappen 0,8). Was die weniger Luftmoleküle betrifft; Ja, aber es braucht proportional weniger Energie, um weniger Moleküle zu erhitzen. Ich vermute, die Hauptprobleme sind der Wind und der Mangel an Wasserdampf (was bedeutet, dass selbst ein windgeschütztes Tal nicht viel aufheizt).
Dies ist eine saubere, leicht verständliche Erklärung. Nett! Ich denke, es wäre die perfekte Antwort, wenn betont würde, dass der Großteil der Kühlung auf die Advektion der kühlen Luft im Vergleich zur adiabatischen Kühlung zurückzuführen ist (denken Sie an das Volumen der von jedem transportierten kühlen Luft), obwohl die adiabatische Kühlung sicherlich relevant ist.
@gerrit ist richtig, [die Albedo ist dort oben nicht so wichtig, wie Sie vielleicht denken] (http://i.imgur.com/ExCslj1.png). Das Plateau ist Regen (oder Schnee), der größtenteils vom Himalaya beschattet wird. [Satellitenbilder von Tibet] (http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/84/Himalaya_composite.jpg).
@DrewP84 Ich habe eine Bearbeitung vorgenommen, um den Albedo-Effekt zu verringern und die Betonung der Advektion durch kühle Luft zu ersetzen.
#3
+2
farrenthorpe
2014-06-03 04:27:09 UTC
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Die Temperatur ist ein Maß für die kinetische Energie, die in der Atmosphäre auf die Anzahl der Moleküle und ihre Geschwindigkeit zurückzuführen ist. In höheren Lagen herrscht weniger Atmosphäre (z. B. niedrigerer Druck, weniger Moleküle), daher ist dort ein Maß für die Temperatur niedriger, da sich weniger Moleküle bewegen. Dies ist der grundlegende Grund dafür, dass die Temperatur in höheren Lagen der Troposphäre niedriger ist. Da weniger Treibhausgasmoleküle Energie einfangen, geht in höheren Lagen mehr Wärme an den Weltraum verloren.

Haben Sie Referenzen dafür? Die anderen Antworten scheinen einen anderen Grund für den Temperaturunterschied anzugeben.
Die Temperatur ist die [** durchschnittliche ** kinetische Energie von Molekülen] (http://scienceworld.wolfram.com/physics/Temperature.html). Weniger Moleküle bedeuten also nicht weniger Temperatur. Tatsächlich wären bei gleichem Energieeintrag weniger Moleküle höhere Temperaturen, wenn alle anderen Variablen gleich bleiben ... wie aus dem idealen Gasgesetz hervorgeht, bei dem n (Molzahl) und T ( die Temperatur) sind indirekt miteinander verbunden. Aber auch Druck und Volumen ändern sich in der Atmosphäre deutlich.


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