对流抑制能

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斜温图及各特征的名称。

对流抑制能 (Convective inhibition, CIN or CINH)[1] 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。[来源请求]

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。

我们可利用无线电探空仪(探空气球) 所携带的温度、气压测量装置,测量出大气中参数的垂直分布,再依照下列公式计算出对流抑制能的大小。式子中的 z-bottom 和 z-top 分别代表负浮力区的底部和顶部高度,  和  则分别代表上升空气块的虚温和环境空气的虚温。在大部分的个案中,负浮力区的底部即为地面,顶部则为自由对流高度。对流抑制能为每单位质量所拥有的能量,其单位为焦耳每公斤 (J/kg),并且以负值的方式表示,当其绝对值大于200J/kg时,大气中的对流将很难发生。

斜温图上,对流抑制能的大小就是在负浮力区高度区间内,环境虚温和气块虚温所围起来的范围面积。

对流抑制能可简写成 B-,与之相反的对流可用位能则可简写成 B+ 或 B。对流抑制能与对流可用位能均可以 J/kg 或 m2/s2 单位来表示,两者是等价的。对流抑制能有时候也被称作负浮力能(negative buoyant energy, NBE)。

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参考资料[编辑]

  1. ^ Colby, Jr., Frank P. Convective Inhibition as a Predictor of Convection during AVE-SESAME II. Mon. Wea. Rev. 1984, 112 (11): 2239–2252. Bibcode:1984MWRv..112.2239C. doi:10.1175/1520-0493(1984)112<2239:CIAAPO>2.0.CO;2. 

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