Потенциальная температура

Пусть на какой-то высоте в атмосфере имеется воздуха с давлением р и температурой Т. Если этот воздух сухоадиабатически опустить на уровень, где существует давление р₀, то температура его также изменится по уравнению Пуассона.

Новая температура была бы ( из уравнения 4.5):

Θ = T₀(p/p₀)^R/Cp = T₀(1000/p₀)^0,286.

Температура, которую воздух получил бы при давлении 1000 гПа, называется его потенциальной температурой (Θ). Т.е., потенциальная температура равна температуре воздуха при давлении 1000 гПа (давление на уровне моря).

При сухоадиабатических процессах потенциальная температура не изменяется. Потенциальная температура необходима для сравнения полной энергии порций воздуха, находящихся на разных уровнях, т.е. при разном давлении.

Влажноадиабатические изменения температуры

1. Подъем влажного насыщенного воздуха.

С адиабатическим подъемом влажного ненасыщенного воздуха связано такое важное изменение, как приближение его к состоянию насыщения. Температура воздуха при его подъеме понижается, поэтому на какой-то высоте достигается насыщение. Эта высота называется уровнем конденсации (h):

H = 122 (t – τ),

где t - температура воздуха,

τ – точка росы.

При дальнейшем подъеме воздуха влажный насыщенный воздух охлаждается иначе, чем ненасыщенный. В нем происходит конденсация и выделяется в значительных количествах теплота парообразования, или теплота конденсации (2,501^.10⁶ Дж/кг). Выделение этой теплоты замедляет понижение температуры воздуха при подъеме. Поэтому, в поднимающемся воздухе температура падает не сухоадиабатически, а по влажноадиабатическому закону. Она падает тем медленнее, чем больше влагосодержание воздуха в состоянии насыщения. Определяется по таблицам в зависимости ль давления и содержания водяных паров.

Падение температуры в насыщенном воздуха при подъеме на единицу высоты (100 м) называется влажноадиабатическим градиентом температуры γ_а^´.

При очень низких температурах, которые наблюдаются при подъеме в высокие слои атмосферы, водяного пара в нем остается немного и выделение теплоты конденсации мало. Падение температуры при подъеме в таком воздухе приближается к падению температуры в сухом воздухе. Иначе говоря, влажноадиабатический градиент при низких температурах приближается к сухоадиабатическому.

2. Опускание насыщенного воздуха.

Если в воздухе нет продуктов конденсации, то воздух, как только температура в нем станет расти при опускании, сразу станет ненасыщенным. Поэтому, воздух, опускаясь, будет нагреваться сухоадиабатически, т.е. на 1 ⁰С/100 м. Если же в воздухе есть капли или кристаллы, то они при опускании и нагревании воздуха будут постепенно испаряться. При этом часть тепла воздушной массы перейдет в теплоту парообразования, и поэтому, повышение температуры замедлится. В результате воздух останется ненасыщенным до тех пор, пока все продукты конденсации не перейдут в газообразное состоние. А температура в нем будет в это время повышаться влажноадиабатически: не на 1 ⁰С/100 м, а на меньшее значение.