La maggior parte delle persone sa che i palloni meteorologici effettuano misurazioni di qualche tipo. In quelle scatolette sospese a palloncini, una delle misurazioni effettuate è il gradiente atmosferico: il tasso di diminuzione della temperatura con l’aumentare dell’altezza. Queste piccole stazioni di monitoraggio, ciascuna più piccola di una scatola da scarpe, rilevano la temperatura due volte al giorno per due tipi di tassi: quello ambientale e quello adiabatico, il lapse rate. Questi tassi sono importanti in meteorologia, che è la scienza dell’atmosfera responsabile della previsione dei cambiamenti meteorologici, dello studio delle stabilità verticali e del monitoraggio della formazione e del comportamento delle nuvole.
Il tasso di decadenza ambientale non è mai fisso, ma varia di volta in volta e da luogo a luogo. Quando le misurazioni vengono effettuate in un determinato luogo e tempo, l’Organizzazione internazionale dell’aviazione civile (ICAO) può definire un lapse rate standard internazionale, fornendo letture che variano con altezze identiche, poiché gli strati di inversione possono causare un aumento inverso della temperatura con altezze crescenti. Queste letture ambientali confrontate con i tassi adiabatici secchi o umidi possono segnalare stabilità o instabilità importanti da conoscere, poiché i pacchetti di aria secca non hanno l’ascensore dei pacchetti di aria umida.
Un lapse rate adiabatico secco (DAR) si trova in un pacchetto d’aria che è sigillato e ha una massa fissa. Isolati dall’ambiente circostante, le pressioni di un pacchetto d’aria adiabatica secca, sia all’interno che all’esterno, sono generalmente abbinate e l’unico modo per modificare la temperatura del pacchetto è di provocare cambiamenti in queste pressioni. Quando un pacchetto d’aria si alza, incontrerà meno pressione esterna dall’aumento di altitudine e la sua temperatura si raffredderà. La velocità di espansione del raffreddamento di un pacchetto d’aria è nota come DAR. L’aumento del raffreddamento alla fine arriva al punto di rugiada, quando la condensa può iniziare a formare nuvole. Quando un pacco d’aria scende, le pressioni aumentano e il calore provoca energie interne che formano venti forti come i venti secchi di Santa Ana che occasionalmente scendono a bruciare Los Angeles, in California, per giorni interi.
Il gradiente adiabatico saturato (SAR) varia con la quantità di umidità nell’aria. Gli aumenti di altitudine raffreddano ed espandono più lentamente i pacchetti d’aria nelle sacche d’aria umida poiché la condensa al loro interno li riscalda internamente. Il rilascio di calore durante la formazione di condensa è un fattore nello sviluppo dei temporali. L’aria è stabile quando il gradiente ambientale è inferiore al SAR.
La termodinamica dell’atmosfera è espressa in forze adiabatiche secche e umide all’interno delle particelle d’aria e costituisce la base per le previsioni meteorologiche. Le atmosfere stabili si verificano quando il gradiente ambientale è maggiore del tasso adiabatico secco. Durante i periodi di intenso riscaldamento solare della superficie terrestre, negli Stati Uniti sudoccidentali può verificarsi un gradiente super-adiabatico in uno strato sottile attraverso la superficie e sono una condizione instabile. Allo stesso modo, i venti di neve ad effetto lago che si muovono sulla superficie di un lago creano strati superficiali super-adiabatici che provocano tempeste, quando c’è abbastanza umidità nell’aria.