Возможная температура

редактировать
Температура, которой достигла бы жидкость, если бы адиабатически довести до стандартного эталонного давления

потенциальная температура участка жидкости при давление P {\ displaystyle P}P - температура, которой посылка могла бы достичь, если адиабатически довести до стандартного эталонного давления P 0 {\ displaystyle P_ {0} }P_{{0}}, обычно 1000 гПа (1000 мб). Потенциальная температура обозначается θ {\ displaystyle \ theta}\ theta , а для газа, хорошо аппроксимируемого как идеальный, выражается как

θ = T (P 0 P) R / cp, {\ displaystyle \ theta = T \ left ({\ frac {P_ {0}} {P}} \ right) ^ {R / c_ {p}},}\ theta = T \ left ({\ frac { P_ {0}} {P}} \ right) ^ {{R / c_ {p}}},

где T {\ displaystyle T}T - текущая абсолютная температура (в К) посылки, R {\ displaystyle R}R - газовая постоянная воздуха, а cp {\ displaystyle c_ {p}}c_ {p} - удельная теплоемкость при постоянном давлении. R / c p = 0,286 {\ displaystyle R / c_ {p} = 0,286}R / c_ {p} = 0,286 для воздуха (метеорология).

Содержание

  • 1 Контексты
  • 2 Комментарии
  • 3 Возможные температурные возмущения
  • 4 Выведение
  • 5 Потенциальная виртуальная температура
  • 6 Связанные величины
  • 7 См. Также
  • 8 Ссылки
  • 9 Библиография
  • 10 Внешние ссылки

Контексты

Понятие потенциальной температуры применимо к любой стратифицированной жидкости. Чаще всего используется в атмосферных науках и океанографии. Причина, по которой он используется в обеих жидкостях, заключается в том, что изменения давления могут привести к тому, что более теплая жидкость будет находиться под более холодной жидкостью - например, падение температуры воздуха с высотой и повышение температуры воды с глубиной в очень глубоких океанских желобах и в океане смешанный слой. Когда вместо этого используется потенциальная температура, эти явно нестабильные условия исчезают, поскольку слой жидкости остается неизменным вдоль своих изолиний.

Комментарии

Потенциальная температура является более динамически важной величиной, чем фактическая температура. Это потому, что на него не влияет физический подъем или опускание, связанное с обтеканием препятствий или крупномасштабной атмосферной турбулентностью. Сгусток воздуха, движущийся над небольшой горой, будет расширяться и охлаждаться при подъеме по склону, затем сжиматься и нагреваться при спуске с другой стороны, но потенциальная температура не изменится в отсутствие нагрева, охлаждения, испарения или конденсации. (процессы, исключающие эти эффекты, называются сухой адиабатической). Поскольку посылки с одинаковой потенциальной температурой можно обменивать без необходимости работы или обогрева, линии с постоянной потенциальной температурой являются естественными путями потока.

Практически при любых обстоятельствах потенциальная температура в атмосфере возрастает вверх, в отличие от реальной температуры, которая может увеличиваться или уменьшаться. Потенциальная температура сохраняется для всех сухих адиабатических процессов и, как таковая, является важной величиной в планетарном пограничном слое (который часто очень близок к сухой адиабатической).

Потенциальная температура и гидростатическая стабильность

Потенциальная температура - полезная мера статической стабильности ненасыщенной атмосферы. В нормальных, стабильно стратифицированных условиях потенциальная температура увеличивается с высотой,

∂ θ ∂ z>0 {\ displaystyle {\ frac {\ partial \ theta} {\ partial z}}>0}{\frac {\partial \theta }{\partial z}}>0

и вертикальные движения подавлены. Если потенциальная температура снижается с высотой,

∂ θ ∂ z < 0 {\displaystyle {\frac {\partial \theta }{\partial z}}<0}{\ frac {\ partial \ theta} {\ partial z}} <0

атмосфера неустойчива к вертикальным движениям, и конвекция вероятна. Поскольку конвекция действует, быстро перемешивая атмосферу и возвращаясь к в стабильно стратифицированном состоянии, наблюдения за уменьшением потенциальной температуры с высотой являются редкостью, за исключением случаев, когда идет интенсивная конвекция или в периоды сильной инсоляции. Ситуации, в которых эквивалентная потенциальная температура уменьшается с высотой, указывают на нестабильность насыщенного воздуха, встречаются гораздо чаще.

Поскольку потенциальная температура сохраняется при адиабатическом или изэнтропические движения воздуха в установившихся адиабатических линиях потока или поверхностях с постоянной потенциальной температурой действуют как линии тока или поверхности потока соответственно. Этот факт используется в изоэнтропическом анализе, форме синоптического анализа, который позволяет визуализировать движения воздуха и, в частности, анализ крупномасштабных вертикальных движений.

Возможные температурные возмущения

Потенциальное возмущение температуры пограничного слоя атмосферы (ABL) определяется как разность между потенциальной температурой ABL и потенциальной температурой свободной атмосферы над ABL. Это значение называется потенциальным дефицитом температуры в случае стокового потока, потому что поверхность всегда будет холоднее, чем свободная атмосфера, и возмущение PT будет отрицательным.

Получение

Форма энтальпии первого закона термодинамики может быть записана как:

dh = T ds + vdp, { \ displaystyle dh = T \, ds + v \, dp,}dh = T \, ds + v \, dp,

где dh {\ displaystyle dh}dh обозначает изменение энтальпии, T { \ displaystyle T}T температура, ds {\ displaystyle ds}ds изменение энтропии, v {\ displaystyle v}v удельный объем и p {\ displaystyle p}p давление.

Для адиабатических процессов изменение энтропии равно 0, а 1-й закон упрощается до:

d h = v d p. {\ displaystyle dh = v \, dp.}dh = v \, dp.

Для приблизительно идеальных газов, таких как сухой воздух в атмосфере Земли, уравнение состояния, pv = RT {\ displaystyle pv = RT}pv = RT можно подставить в 1-й закон и получить после некоторой перестановки:

dpp = cp R d TT, {\ displaystyle {\ frac {dp} {p}} = {{\ frac {c_ {p}} {R}} {\ frac {dT} {T}}},}{\ frac {dp} {p}} = {{\ frac {c_ {p}} {R}} {\ frac {dT} {T}}},

где dh = cpd T {\ displaystyle dh = c_ {p} dT}dh = c _ {{p}} dT , и оба члена были разделены на произведение pv {\ displaystyle pv}pv

Интегрирование дает:

(p 1 p 0) R / cp = T 1 T 0, {\ displaystyle \ left ({\ frac {p_ {1}} {p_ {0}}} \ right) ^ {R / c_ {p}} = {\ frac {T_ {1}} {T_ {0}}}, }\ left ({\ frac {p_ {1}} {p_ {0}}} \ справа) ^ {{R / c_ {p}}} = {\ frac {T_ {1}} {T_ {0}}},

и решение для T 0 {\ displaystyle T_ {0}}T_ {0} , температура, которую получит участок, если его адиабатически переместить на уровень давления p 0 {\ displaystyle p_ { 0}}p _ {{0}} , вы получите:

T 0 = T 1 (p 0 p 1) R / cp ≡ θ. {\ displaystyle T_ {0} = T_ {1} \ left ({\ frac {p_ {0}} {p_ {1}}} \ right) ^ {R / c_ {p}} \ Equiv \ theta.}T_ {0} = T_ {1} \ left ({\ frac {p_ {0}} {p_ {1}}} \ right) ^ {{R / c_ {p}}} \ Equiv \ theta.

Потенциальная виртуальная температура

Потенциальная виртуальная температура θ v {\ displaystyle \ theta _ {v}}{\ displaystyle \ theta _ {v}} , определяемая

θ v = θ (1 + 0,61 r - r L), {\ displaystyle \ theta _ {v} = \ theta \ left (1 + 0,61r-r_ {L} \ right),}{\ displaystyle \ theta _ {v} = \ theta \ left (1 + 0,61r-r_ {L} \ right),}

- теоретическая потенциальная температура сухой воздух, который имел бы ту же плотность, что и влажный воздух при стандартном давлении P 0. Он используется как практическая замена плотности при расчетах плавучести. В этом определении θ {\ displaystyle \ theta}\ theta - это потенциальная температура, r {\ displaystyle r}r- соотношение смешивания водяного пара и r L {\ displaystyle r_ {L}}{\ displaystyle r_ {L}} - соотношение жидкой воды в воздухе.

Связанные величины

Частота Бранта – Вяйсяля - это тесно связанная величина, которая использует потенциальную температуру и широко используется в исследованиях стабильности атмосферы.

См. Также

Ссылки

Библиография

  • М.К. Яу и Р.Р. Роджерс, Краткий курс физики облаков, третье издание, опубликовано Баттерворт-Хайнеманн, 1 января 1989 г., 304 страницы. ISBN 9780750632157 ISBN 0-7506-3215-1

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-02 12:47:44
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте