Gleichwertige potenzielle Temperatur, die allgemein auf als theta-e verwiesen ist, ist eine Menge, die mit der Stabilität einer Säule von Luft in der Atmosphäre verbunden ist.

ist die Temperatur, die ein Paket von Luft erreichen würde, wenn sich der ganze Wasserdampf im Paket verdichten sollte, seine latente Hitze veröffentlichend, und das Paket adiabatisch zu einem Druck des normativen Verweises, gewöhnlich 1000 hPa gebracht wurde (1000 mbar), der dem atmosphärischen Druck auf Meereshöhe grob gleich ist. In stabilen Bedingungen, Zunahmen mit der Höhe. Wenn Abnahmen mit der Höhe, Konvektion vorkommen kann. Der Vergleich der gleichwertigen potenziellen Temperatur von Paketen von Luft am verschiedenen Druck stellt so ein Maß der Instabilität der Säule von Luft zur Verfügung.

Erklärung

Stabilität

Kühle Luft ist dichter als warme Luft (sieh Gasgesetze). Wie ein oben auf einem Hügel erwogener Ball ist dichtere Flüssigkeit, die über weniger dichter Flüssigkeit liegt, dynamisch nicht stabil: Wenn kühle Luft über warmer Luft eingestellt wird, wird der erstere sinken, und die Letzteren werden sich, die zwei Volumina von Luft verteilend und durch einander erheben, und vielleicht sich einigermaßen vermischend, bis eine stabile Bedingung (mit dichterer Flüssigkeit unten und leichterer Flüssigkeit oben) erreicht wird. Die Temperatur in der Nähe von der Decke eines Zimmers ist durchweg wärmer als diese Nähe der Fußboden.

Wenn eine hydrostatische Flüssigkeit komprimierbar ist, ist das Kriterium für die dynamische Stabilität nicht einfach, dass dichtere Flüssigkeit unter leichter Flüssigkeit liegen muss, aber dass kleine Unruhen dazu neigen müssen, sich zu korrigieren. Wenn niedrigere Flüssigkeit in obere Flüssigkeit, erhoben wird (während dessen Prozesses die Dichte der niedrigeren Flüssigkeit wegen des Falls im Druck abnimmt), verlangt Stabilität, dass es dichter bleibt als die obere Flüssigkeit, so dass Ernst es zu seiner ursprünglichen Position zurückzieht. Die Flüssigkeit ist nicht stabil, wenn kleine Unruhen dazu neigen, sich zu verstärken, d. h. wenn sich dichte niedrigere Flüssigkeit, wenn versetzt, aufwärts, genug ausbreitet, um leichter zu werden, als die obere Umgebungsflüssigkeit, und deshalb fortsetzt, sich aufwärts zu bewegen.

Potenzielle Temperatur

In der Atmosphäre, wo die vertikale Schwankung im Druck viel größer ist als in einem Zimmer, wird die Situation durch die adiabatische Temperaturänderung kompliziert: Weil sich ein Paket von Luft aufwärts, die umgebenden Druck-Fälle bewegt, das Paket veranlassend, sich auszubreiten. Etwas von der inneren Energie des Paketes wird im Tun der Arbeit verbraucht, die erforderlich ist, sich gegen den atmosphärischen Druck, so die Temperatur der Paket-Fälle auszubreiten, wenn auch es keine Hitze verloren hat. Umgekehrt wird ein sinkendes Paket zusammengepresst und wird wärmer, wenn auch keine Hitze hinzugefügt wird.

Die Luft an der Oberseite von einem Berg ist gewöhnlich kälter als die Luft im Tal unten, aber die Einordnung ist ziemlich stabil: Wenn ein Paket von Luft vom Tal irgendwie bis zur Spitze des Bergs gehoben würde, als es angekommen ist, würde es noch kälter sein als die Luft bereits dort wegen der adiabatischen Kühlung; es würde schwerer sein als die umgebende Luft, und würde zurück zu seiner ursprünglichen Position sinken. Ähnlich, wenn ein Paket von kalter Berggipfel-Luft die Reise unten nach dem Tal machen sollte, würde es wärmer und leichter ankommen als die Talluft, und würde der Berg zurückschwimmen.

So kann kühle Luft, die oben auf warmer Luft liegt, schließlich stabil sein (als lange, wie die Temperaturabnahme mit der Höhe weniger ist als die adiabatische Versehen-Rate); die dynamisch wichtige Menge ist nicht die Temperatur, aber die potenzielle Temperatur - die Temperatur, die die Luft haben würde, wenn es adiabatisch zu einem Bezugsdruck gebracht würde. Die Luft um den Berg ist stabil, weil die Luft oben, wegen seines niedrigeren Drucks, eine höhere potenzielle Temperatur hat als die wärmere Luft unten.

Wasserdampf

Ein Paket von Luft, die Wasserdampf enthält, wenn es sich weit genug erhebt, wird zu seinem Tau-Punkt kühl: Es wird durchtränkt mit dem Wasserdampf. Das kommt vor, weil der Dampf-Druck von Wasserabnahmen bei niedrigeren Temperaturen (sieh Clausius-Clapeyron Beziehung). Wenn das Paket von Luft fortsetzt sich zu erheben, beginnt Wasserdampf, sich in flüssige Tröpfchen zu verdichten. Das sich verdichtende Wasser veröffentlicht seine latente Hitze zur Umgebungsluft, teilweise die adiabatische Kühlung ausgleichend. Ein durchtränktes Paket von Luft wird deshalb kühl weniger als ein trockene würde als es sich erheben (seine Temperaturänderungen mit der Höhe an der feuchten adiabatischen Versehen-Rate, die kleiner ist als die trockene adiabatische Versehen-Rate).

Durchtränkte Luft kann nicht stabil sein, wenn auch seine potenzielle Temperatur mit der Höhe zunimmt: Wenn das Wärmen wegen der Kondensation genug darin besteht, dass ein Paket von durchtränkter Luft, die aufwärts versetzt wird (und würde zu unter der Umgebungstemperatur sonst kühl werden), wärmer (leichter) endet als die Umgebungsluft, wird es fortsetzen sich zu erheben. Das ist der Grund dafür, die gleichwertige potenzielle Temperatur in der Analogie mit der potenziellen Temperatur zu definieren: Potenzielle Temperatur ist eine Temperatur, die für das potenzielle Wärmen wegen der adiabatischen Kompression angepasst ist; gleichwertige potenzielle Temperaturfaktoren im potenziellen Wärmen wegen der Kondensation ebenso. Für durchtränkte Luft, oder für Luft, die wahrscheinlich hoch genug gehoben wird, um Sättigung zu erreichen, ist es die gleichwertige potenzielle Temperatur, die mit der Höhe zunehmen muss, um Stabilität zu sichern.

Formel

Die Formel dafür ist der folgende:

:

Wo:

• = gleichwertige Temperatur

• = Temperatur von Luft am Druck

• = Druck am Punkt (in denselben Einheiten wie)

• = Druck des normativen Verweises (1000 mbar oder 100 kPa)

• = spezifische Gaskonstante für Luft (287 J / (Kg · K))

• = spezifische Hitze von trockener Luft am unveränderlichen Druck (1004 J / (Kg · K))

• = latente Hitze der Eindampfung (2400 kJ/kg {an 25 °C} zu 2600 kJ/kg {an 40 °C})

• = das Mischen des Verhältnisses der Wasserdampf-Masse pro Masse von trockener Luft (g/Kg oder im Kg/Kg.)

Siehe auch

• Meteorologie
• Feuchte statische Energie
• Potenzielle Temperatur
• Wetter, das voraussagt

Bibliografie

• M K Yau und R.R. Rogers, Kurzer Kurs in der Wolkenphysik, der Dritten Ausgabe, die von Butterworth-Heinemann, am 1. Januar 1989, 304 Seiten veröffentlicht ist. EAN 9780750632157 internationale Standardbuchnummer 0-7506-3215-1