La temperatura potencial de una parcela de fluido a presión.es la temperatura que alcanzaría el paquete si se llevara adiabáticamente a una presión de referencia estándar, normalmente 1.000 hPa (1.000 mb). La temperatura potencial se denotay, para un pozo de gas aproximado como ideal , está dado por
dónde es la temperatura absoluta actual (en K) del paquete,es la constante de gas del aire, yes la capacidad calorífica específica a presión constante. para el aire (meteorología).
Contextos
El concepto de temperatura potencial se aplica a cualquier fluido estratificado. Se utiliza con mayor frecuencia en las ciencias atmosféricas y la oceanografía . [1] La razón por la que se utiliza en ambos fluidos es que los cambios de presión pueden provocar que el fluido más caliente resida debajo del fluido más frío; por ejemplo, la temperatura del aire baja con la altitud y el aumento de la temperatura del agua con la profundidad en fosas oceánicas muy profundas y dentro del océano mezclado capa . Cuando en su lugar se usa la temperatura potencial, estas condiciones aparentemente inestables desaparecen cuando una porción de fluido es invariable a lo largo de sus isolíneas.
Comentarios
La temperatura potencial es una cantidad más importante dinámicamente que la temperatura real. Esto se debe a que no se ve afectado por el levantamiento o hundimiento físico asociado con el flujo sobre obstáculos o turbulencias atmosféricas a gran escala. Una porción de aire que se mueve sobre una pequeña montaña se expandirá y enfriará a medida que asciende por la pendiente, luego se comprimirá y se calentará a medida que desciende por el otro lado, pero la temperatura potencial no cambiará en ausencia de calefacción, enfriamiento, evaporación o condensación. (los procesos que excluyen estos efectos se denominan adiabáticos secos). Dado que las parcelas con la misma temperatura potencial se pueden intercambiar sin necesidad de trabajo o calefacción, las líneas de temperatura potencial constante son vías de flujo naturales.
En casi todas las circunstancias, la temperatura potencial aumenta hacia arriba en la atmósfera, a diferencia de la temperatura real, que puede aumentar o disminuir. La temperatura potencial se conserva para todos los procesos adiabáticos secos y, como tal, es una cantidad importante en la capa límite planetaria (que a menudo está muy cerca de ser adiabática seca).
La temperatura potencial es una medida útil de la estabilidad estática de la atmósfera insaturada. En condiciones normales y de estratificación estable, la temperatura potencial aumenta con la altura, [2]
y se suprimen los movimientos verticales. Si la temperatura potencial disminuye con la altura, [2]
la atmósfera es inestable a los movimientos verticales y es probable que exista convección . Dado que la convección actúa para mezclar rápidamente la atmósfera y volver a un estado estratificado estable, las observaciones de la temperatura potencial decreciente con la altura son poco comunes, excepto cuando se está produciendo una convección vigorosa o durante períodos de fuerte insolación . Las situaciones en las que la temperatura potencial equivalente disminuye con la altura, lo que indica inestabilidad en aire saturado, son mucho más comunes.
Dado que la temperatura potencial se conserva bajo movimientos de aire adiabáticos o isentrópicos , en líneas de flujo adiabáticas constantes o superficies de temperatura potencial constante actúan como líneas de corriente o superficies de flujo, respectivamente. Este hecho se utiliza en el análisis isentrópico , una forma de análisis sinóptico que permite la visualización de los movimientos del aire y, en particular, el análisis del movimiento vertical a gran escala. [2]
Posibles perturbaciones de temperatura
La perturbación de la temperatura potencial de la capa límite atmosférica (ABL) se define como la diferencia entre la temperatura potencial del ABL y la temperatura potencial de la atmósfera libre por encima del ABL. Este valor se denomina déficit de temperatura potencial en el caso de un flujo catabático , porque la superficie siempre estará más fría que la atmósfera libre y la perturbación del PT será negativa.
Derivación
La forma de entalpía de la primera ley de la termodinámica se puede escribir como:
dónde denota el cambio de entalpía , la temperatura, el cambio de entropía , el volumen específico, y la presión.
Para los procesos adiabáticos, el cambio en la entropía es 0 y la primera ley se simplifica a:
Para gases aproximadamente ideales, como el aire seco en la atmósfera terrestre, la ecuación de estado , puede ser sustituido en la 1ra ley dando, después de alguna reordenación:
donde el se utilizó y ambos términos fueron divididos por el producto
Integrando rendimientos:
y resolviendo para , la temperatura que adquiriría una parcela si se moviera adiabáticamente al nivel de presión , usted obtiene:
Temperatura virtual potencial
La temperatura virtual potencial , definido por
es la temperatura potencial teórica del aire seco que tendría la misma densidad que el aire húmedo a una presión estándar P 0 . Se utiliza como un sustituto práctico de la densidad en los cálculos de flotabilidad. En esta definición es la temperatura potencial, es la proporción de mezcla de vapor de agua, y es la proporción de mezcla de agua líquida en el aire.
Cantidades relacionadas
La frecuencia Brunt-Väisälä es una cantidad estrechamente relacionada que usa la temperatura potencial y se usa ampliamente en las investigaciones de la estabilidad atmosférica.
Ver también
Referencias
- ^ Stewart, Robert H. (septiembre de 2008). "6.5: Densidad, temperatura potencial y densidad neutra". Introducción a la oceanografía física (pdf) . Academia. págs. 83–88 . Consultado el 8 de marzo de 2017 .
- ^ a b c Dr. James T. Moore (Departamento de Ciencias de la Tierra y Atmosféricas de la Universidad de Saint Louis) (5 de agosto de 1999). "Técnicas de análisis isentrópico: conceptos básicos" (pdf) . COMET COMAP . Consultado el 8 de marzo de 2017 .
Bibliografía
enlaces externos
- El mundo de la física de Eric Weisstein en Wolfram Research