Potenzielle Temperatur

Norman Langhof April 6, 2016 P 0 0
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Die potentielle Temperatur eines Pakets von Flüssigkeit unter Druck ist die Temperatur, die das Paket würde erwerben, wenn adiabatisch auf eine Standardreferenzdruck, in der Regel 1.000 Millibar gebracht. Das Potential Temperatur bezeichnet, und für Luft, ist häufig gegeben durch

wobei die aktuelle absolute Temperatur des Paketes, die Gaskonstante von Luft ist und die spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck. nach Luft.

Kontexte

Das Konzept der potentiellen Temperatur gilt für jede geschichtete Flüssigkeit. Es ist am häufigsten in den Atmosphärenwissenschaften und Meereskunde verwendet. Der Grund dafür, dass es in beiden Flüssigkeiten verwendet wird, ist, dass Druckänderungen führen zu wärmeren Fluid mit Wohnsitz unter kälteren Fluid-Beispiele sind die Tatsache, dass die Lufttemperatur fällt als einer klettert einen Berg und Wassertemperatur kann mit der Tiefe in sehr tiefen Meeresgräben und innerhalb erhöhen das Meer Mischschicht. Wenn potenzielle Temperatur wird stattdessen verwendet, verschwinden diese scheinbar instabilen Bedingungen.

Bemerkungen

Potentielle Temperatur ist ein dynamischer wichtige Größe als die tatsächliche Temperatur. Dies ist, weil es nicht durch die physikalische Hebe beeinflusst oder Tief mit Strömung über Hindernisse oder großen atmosphärischen Turbulenzen verbunden. Ein Paket von Luftbewegungs über einen kleinen Berg wird sich ausdehnen und cool, wie es den Hang hinauf, dann komprimieren und warm, wie es auf der anderen Seiten aber das Potenzial Temperatur nicht in der Abwesenheit von Heizung ändern, Kühlung, Verdampfung oder Kondensation steigt . Da Pakete mit dem gleichen Potential Temperatur kann ohne Arbeit oder Heizung erforderlich ausgetauscht werden, Linien konstanter potentieller Temperatur sind natürliche Fließwege.

Unter nahezu allen Umständen potentielle Temperatur steigt nach oben in der Atmosphäre, im Gegensatz zu der tatsächlichen Temperatur zu erhöhen oder verringern kann. Potenzielle Temperatur ist für alle trockene adiabatische Prozesse erhalten, und als solche ist eine wichtige Größe in der planetaren Grenzschicht.

Potentielle Temperatur ist ein nützliches Maß für die statische Stabilität der ungesättigten Atmosphäre. Unter normalen, stabil geschichtet Bedingungen, die potentielle Temperatur mit der Höhe zunimmt,

und Vertikalbewegungen unterdrückt werden. Wenn die potentielle Temperatur mit der Höhe abnimmt,

die Atmosphäre ist instabil Vertikalbewegungen, und Konvektion ist wahrscheinlich. Da Konvektion wirkt, um schnell zu mischen, die Atmosphäre und die Rückkehr zu einer stabil geschichteten Zustand sind Beobachtungen des abnehmenden Potential Temperatur mit der Höhe ungewöhnlich, mit der Ausnahme, während kräftige Konvektion ist im Gange oder in Zeiten starker Sonneneinstrahlung. Situationen, in denen das Äquivalent potentielle Temperatur mit der Höhe abnimmt, was auf die Instabilität in gesättigter Luft, sind viel häufiger.

Da potentielle Temperatur unter adiabatischen oder isentrope Luftbewegungen konserviert, in einem stationären, adiabatische Fließlinien oder Flächen konstanter potentielle Temperatur wirken als Stromlinien oder Fließ Oberflächen. Diese Tatsache wird in isentropen Analyse verwendet, eine Form der synoptischen Analyse, die Visualisierung von Luftbewegungen und insbesondere Analyse von groß angelegten Vertikalbewegung ermöglicht.

Potenzielle Temperatur Störungen

Der atmosphärischen Grenzschicht potentiellen Temperaturstörung ist definiert als Differenz zwischen dem Potential Temperatur der ABL und potentiellen Temperatur der freien Atmosphäre über dem ABL definiert. Dieser Wert wird als das Potential Temperaturdefizit im Falle einer katabatic Strömung, weil der Belag immer kälter als der freien Atmosphäre und dem PT Störung sein wird negativ sein.

Abstammung

Die Enthalpie Form der ersten Hauptsatz der Thermodynamik kann geschrieben werden als:

wobei bezeichnet die Enthalpieänderung, der Temperatur, der Veränderung der Entropie, das spezifische Volumen und den Druck.

Für adiabatische Prozesse, die Änderung der Entropie ist 0 und die 1. Gesetz vereinfacht zu:

Für rund ideale Gase, wie beispielsweise die trockene Luft in die Atmosphäre der Erde, der Zustandsgleichung, in das 1. Gesetz ergibt, nach einiger Umlagerung ausgewechselt werden:

wo die verwendet wurde, und beide Begriffe wurden durch das Produkt geteilt

Die Integration ergibt:

und der Lösung für die Temperatur ein Paket würde erwerben, wenn adiabatisch auf das Druckniveau bewegt, erhalten Sie:

Ähnliche Mengen

Die Brunt-Väisälä-Frequenz ist eine eng verwandte Menge, die potentielle Temperatur verwendet und wird weitgehend in Untersuchungen der atmosphärischen Stabilität verwendet.

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