Száraz adiabatikus hőmérsékleti gradiens
Tekintsük tehát a telítetlen levegőből álló légcsomagot, amely a környező levegőben emelkedik. Mivel a légnyomás a magassággal csökken, amint azt a légnyomásról szóló fejezet mutatja, a légcsomagban a hőmérséklet az általános gázegyenlet szerint csökken. Ezzel szemben a légcsomag hőmérséklete csökken, ha esik, mert ott emelkedik a légnyomás. Ezt mutatja ez az animáció.
Az, hogy mennyire változik a hőmérséklet ezekben a folyamatokban, a hőmérsékleti gradiens (elévülési sebesség) kérdése. Telítetlen levegőben, azaz felhőképződés nélkül állandó értéke körülbelül 1 ° C/100 m vagy 3 ° C/1000 láb (pontosan 0,98 ° C/100 m). Ebben az esetben az úgynevezett száraz adiabatikus elévülési ráta (DALR).
Ábra: adiabatikus gradiensek (fent)
adiabatikus emelés (alul)
A száraz adiabatikus hőmérsékleti gradiens az adiabatikus-reverzibilis, izentropikus állapotváltozásokra vonatkozik, vagyis a fizikai állapotban nincs változás. Csak akkor vonatkozik a légcsomag magasságának változásaira, ha a relatív páratartalom 100% alatt marad, azaz nincs esés a harmatpont alatt, ezért nincs kondenzáció. A száraz emelkedő levegő ezért mindig 1 ° C/100 m-rel lehűl. Ezzel ellentétben, amikor a levegő süllyed, akkor azonos sebességgel, azaz 1 ° C/100 m-rel melegszik fel. Egyébként a hőmérsékleti gradienseket előjel nélkül nevezik meg, így 3 ° C/1 000 ft hőmérséklet-csökkenésről beszélünk.
A levegő összetételének különbségei miatti kis ingadozásoktól eltekintve ez az érték állandó, ezért a hőmérséklet növekedése vagy csökkenése lineáris, amint azt a fenti ábra balra mutatja. Ha ismeri a talaj hőmérsékletét, könnyen kiszámíthatja a hőmérsékletet különböző magasságokban. Ez azonban csak addig működik, amíg felhő nem képződik és vízgőz nem kondenzálódik. Ez megfelel a száraz adiabatikus folyamat feltételezéseinek, amelyek a külső hőellátás mellett kizárják a különböző aggregációs állapotok közötti átmeneteket is.
A jobb oldali két képen a levegő 2000 m-ig terjedő száraz adiabatikus emelkedése látható. A megfelelő páratartalom mellett páralecsapódás keletkezik, és felhő képződik. Ekkor a hőmérséklet csak a páratartalom adiabatikus értékével csökken, mivel a levegő tovább emelkedik. Az ábrázolás egyszerűsítése érdekében az alsó képen a fent látható felhőképződés ellenére csak a száraz adiabatikus emelkedést kell figyelembe venni, vagyis a térfogat változása miatt nincs tömeg- és/vagy energiaáramlás.
További információ a kondenzációs szintről szóló fejezetben található.
Ha tovább vizsgáljuk a felemelkedő légcsomag példáját, azt találjuk, hogy a légcsomagban lévő vízgőz egy bizonyos magasságból eléri a telítettségét, sűrűsödni kezd és felhőt képez. A felszabaduló 600 cal/g kondenzációs hő miatt a légcsomagunk a magasság növekedésével kevésbé hűl le. A légcsomag így nedves adiabatikus állapotra vált. Amint a légcsomag tovább emelkedik, a vízgőz fokozatosan kondenzálódik, és a keletkező vízcseppek csapadékként elhagyják a légcsomagot. A hozzáadott látens hő miatt a hőmérséklet csökkenése a magasság növekedésével kevésbé kifejezett, mint a száraz adiabatikus esetben.
Másrészt minél hidegebb lesz, annál kevesebb vízgőz marad a légcsomagban.