Obliczanie gradnietu geotermicznego na Ziemi

W przestrzeni między powierzchnią Ziemi a atmosferą dochodzi do stałej wymiany ciepła. Procesami oraz warunkami, które przyczyniają się do tego procesu jest turbulencja, promieniowanie, konwekcja oraz parowanie i skraplanie się wody. Dodatkowo do zmian wysokości temperatury w atmosferze przyczyniają się również  czynniki bez wymiany ciepła, które oparte są na zmianie poziomu wysokości (przemiany adiabatyczne).

Przemiany adiabatyczne zachodzą bez wymiany ciepła między dwoma obiektami lub masami powietrza. Głównym czynnikiem są skoki wysokości ciśnienia atmosferycznego – kiedy powietrze rozpręża się, wówczas temperatura powietrza spada, zaś przy ściskaniu powietrza następuje wzrost temperatury. Proces ten opiera się na zmianie energii wewnętrznej ściskanej lub rozprężanej masy powietrza.

Wyróżniamy dwa typy zmian temperatury ze względu na poziom wilgotności powietrza:
– gradient suchoadiabatyczne: zmiany powietrza suchego na każde 100 m wysokości. 1°C/100m,
– gradient wilgotnoadiabatyczne: zmiany powietrza wilgotnego na każde 100m wysokości 0,5°C/100m.

Największe zmiany ciśnienia następują w kierunku pionowym, czyli wraz z osiąganiem wysokości ciśnienie atmosferyczne spada, co przekłada się na rozprężanie cząstek masy powietrza. Natomiast przy opadaniu powietrza ciśnienie wzrasta, a masy powietrza sprężają się.

Przy ruchach wstępujących w środowisku suchym (unoszenie się) powietrze stale ochładza się o 1°C na każde 100 metrów wysokości, natomiast przy opadaniu następuje ogrzanie powietrza o tę samą wielkość.

W przypadku powietrza nasyconego wilgocią, zmiany wysokości temperatury przebiegają inaczej. W procesie ochładzania adiabatycznego następuje kondensacja pary wodnej i wyzwolenie utajonego ciepła kondensacji. Ciepło to zostaje użyte do ocieplenia powietrza, co w konsekwencji przekłada się na wolniejsze ochładzanie się unoszonego powietrza. Temperatura maleje wolniej, zgodnie z tzw. gradientem wilgotnoadiabatycznym wynoszącym średnio 0,5°C na każde 100 metrów wysokości.

Z przypadkiem przemian adiabatycznych mamy do czynienia podczas występowania wiatrów fenowych. Są to ciepłe, suche i bardzo porywiste wiatry, które wieją z gór w kierunku obniżeń górskich. W Polsce najlepszym przykładem jest halny.