CAPE and CIN

എന്താണ് CAPE and CIN ?

 

 

കഴിഞ്ഞ പോസ്റ്റിൽ stability യെക്കുറിച്ച് പറഞ്ഞത് ഓർക്കുന്നുണ്ടല്ലോ. അപ്പോൾ അവിടെ moist (unsaturated) air ന്റെ കാര്യം പറഞ്ഞപ്പോൾ conditional instability എന്ന അവസ്ഥയെക്കുറിച്ച് സൂചിപ്പിച്ചിരുന്നല്ലോ.

Water vapour ഉണ്ട്, പക്ഷെ saturated അല്ല. ഇങ്ങനെ, ഒരു unsaturated parcel consider ചെയ്യുക. അവിടെ ELR 6.5 deg. /km ആണെന്ന് വിചാരിക്കുക. അതായത് DALR നും SALR നും ഇടയിൽ. ഇനി parcel ഉയർത്തുക. Saturated ആകുന്നതുവരെ അത് DALR –ൽ ആയിരിക്കും മുകളിലേക്ക് പോവുക. ആ സമയത്ത് parcel stable ആയിരിക്കും. കാരണം ELR 7 ആയതുകൊണ്ട്, DALR ലും കുറവാണല്ലോ. ഇനി പോകുന്ന വഴിയിൽ saturated ആയി എന്ന് കരുതുക. ഉടനെ തന്നെ parcel cool ചെയ്യുന്ന rate മാറും. DALR ൽ നിന്നും SALR ആകും. അതിനാൽ തുടർന്നും മുകളിലേക്ക് പോകുമ്പോൾ parcel environment ലും warm ആയി, unstable ആയേക്കാം. ആദ്യം stable ആയിരുന്ന parcel saturated ആയപ്പോൾ unstable ആയി. ഇതിനെയാണ് conditional instability എന്നുപറയുന്നത് (ie, when ELR lies between DALR and SALR).

അപ്പോൾ conditionally unstable ആയ ഒരു air parcel ഒരു പ്രത്യേക level cross ചെയ്താൽ അത് surrounding നേക്കാൾ warm ആവുകയും അതിനാൽ unstable ആവുകയും ചെയ്യും. അതിനാൽ, വേറെ additional energy ഒന്നും ഇല്ലാതെതന്നെ parcel മുകളിലേക്ക് പോകും . ഈ പ്രത്യേക ലെവൽ ആണ് level of free convection (LFC). പക്ഷെ, താഴെയുള്ള parcel level വരെ എത്തണം (അവിടെ എത്താതിടത്തോളം ആ parcel stable ആയിരിക്കും). അതിനു എന്തായാലും ഒരു വർക്ക്‌ ചെയ്യണമല്ലോ. ഈ വർക്ക്‌ ചെയ്യാൻ വേണ്ട energy ആണ് Convective inhibition (CIN). അതിനെന്താ ഇങ്ങനെ പേരുവരാൻ കാരണം ? അത് convection നെ തടസ്സപ്പെടുത്തുന്നുണ്ടോ ? നോക്കാം.

CIN വളരെ കൂടുതൽ ആണെന്ന് കരുതുക. അപ്പോൾ, വളരെ വലിയ energy കൊടുത്താൽ മാത്രമേ air parcel LFC cross ചെയ്തു unstable ആവൂ. ഉദാഹരണം CIN 1000 J/kg ആണെന്ന് കരുതുക, അതായത് parcel നു LFC വരെ എത്താൻ വേണ്ട എനർജി. നമ്മൾ parcel നു 800 J/kg കൊടുക്കുന്നു. പക്ഷെ അത് LFC വരെ എത്തില്ല. അതിനാൽ stable ആയതുകൊണ്ട് parcel തിരിച്ചുവരും. എന്നാൽ 1200 J/kg എനർജി കൊടുത്താലോ ? തീർച്ചയായും parcel LFC cross ചെയ്യുകയും unstable ആവുകയും ചെയ്യും. അതായത് അവിടെ convection ഉണ്ടാകും എന്നർത്ഥം. അതായത് CIN കൂടും തോറും convection നടക്കാനുള്ള സാധ്യത കുറയുന്നു. അതുകൊണ്ടാണ് CIN, convection നെ എതിർക്കുന്ന ഒന്നായി മാറുന്നത്.

അങ്ങിനെ നമ്മൾ CIN ലും കൂടുതൽ എനർജി കൊടുത്തതിന്റെ ഫലമായി LFC യും cross ചെയ്തു parcel unstable ആയി മുകളിലേക്ക് പോയി എന്ന് കരുതുക. പക്ഷെ ഇത് എവിടെ വരെ പോകും ? തീർച്ചയായും parcel ന്റെയും surrounding ന്റെയും temperature same ആവുന്നതുവരെ. അവിടെ എത്തിയാൽപിന്നെ മുകളിലേക്ക് പോകാൻ buoyancy ഉണ്ടാകില്ലല്ലോ. level നെയാണ് level of neutral buoyancy (LNB) എന്ന് പറയുന്നത് (also called equilibrium level). അതായത് LFC cross ചെയ്യുന്നതോടെ unstable ആവുന്ന air parcel, available ആയ energy (coming from the buoyancy of the parcel) use ചെയ്തു LNB വരെ എത്തുന്നു. ഇങ്ങനെ buoyancy മൂലം LNB വരെ എത്താൻ parcel നു കിട്ടുന്ന energy ആണ് Convective Available Potential Energy അഥവാ CAPE. അതിനാൽ, CAPE കൂടുതൽ ആണെന്നുപറഞ്ഞാൽ എന്താണ് ഉദ്ദേശിക്കുന്നത് ? LFC cross ചെയ്ത parcel നു കൂടുതൽ energy ഉണ്ട് എന്നല്ലേ ? അപ്പോൾ അത് കൂടുതൽ ദൂരം മുകളിലേക്ക് പോകുമല്ലോ ? CAPE വളരെ കൂടുന്ന പല അവസരങ്ങളിലും ഇങ്ങനെ air parcel നു tropopause വരെ എത്താൻ കഴിയാറുണ്ട്. അങ്ങിനെ, vertically growing clouds ആയ cumulonimbus clouds form ചെയ്യുന്നു. അതെന്താ tropopause വരെ എത്തി നില്ക്കുന്നത് ? കാരണം tropoause കഴിഞ്ഞാൽ height അനുസരിച്ച് temperature കൂടുകയല്ലേ ? അതായത് അവിടെ temperature inversion ആണ്. So, atmosphere stable ആണ്. അത് തന്നെ കാരണം.

താഴെ കൊടുത്തിരിക്കുന്ന ചിത്രം ശ്രദ്ധിക്കുക.

 

 

profile

അപ്പോൾ പറഞ്ഞുവന്നത് CAPE നെയും CIN നെയും കുറിച്ചാണ്. ഈ രണ്ടു parameters ഉം atmosphere ലെ vertical temperature and humidity profile (which is typically getting from radiosonde profiles) use ചെയ്തു കണ്ടുപിടിക്കാവുന്നതേ ഉള്ളൂ.

We can use these information as a general rule of thumb to get an idea about the chance for thunderstorm, that is, if CAPE is very high over CIN, there is a chance for thunderstorm and if CIN is very high over CAPE atmosphere is appears to be stable.

 

For further reading:

  • Atmospheric Science: An Introductory Survey, Wallace and Hobbs, 2006

  • Fundamentals of Atmospheric Physics, Murry L Salby, 1996

  • An Introduction to Theoretical Meteorology, S L Hess

Advertisements

8 thoughts on “CAPE and CIN

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s