3.9. Патэнцыяльная тэмпература
Звычайная тэмпература паветра – гэта малекулярная тэмпература. Яна характаразуе ўнутраную энергію, абумоўленую цеплавым рухам малекул. Аднак малекулярная тэмпература не характарызуе энергію паветра, якое знаходзіцца на розных вышынях і залежыць ад атмасфернага ціску. Разглядаючы адыябатычныя працэсы, мы ўпэўніліся, што ў сувязі са змяненнем ціску з вышынёй паветра, калі яно паднімаецца, губляе энергію, і наадварот, паветра атрымоўвае энергію, калі яно апускаецца.
Каб параўнаць поўную энергію паветра, якое знаходзіцца на розных вышынях пры розным ціску, звычайнай тэмпературы недастаткова. Для гэтага ўводзіцца паняцце патэнцыяльнай тэмпературы. Патэнцыяльнай тэмпературай Θ называецца такая, якую набудзе паветраная маса, калі яе апусціць па сухаадыябатычнаму закону да нармальнага ціску (1000 гПа) на ўзровень мора. Інакш, патэнцыяльная тэмпература роўная малекулярнай на ўзроўні мора (Θ=t).
Няхай на вышыні 3000 м звычайная тэмпература паветра роўная – 10ºС. Апусцім гэту масу паветра сухаадыябатычна да ўзроўня нармальнага ціску. Тады яго тэмпература можа быць вызначана па ўраўненню Пуасона:
(3.33)
У нашым выпадку патэнцыяльная тэмпература на ўзроўні мора роўная пачатковай (-10 ºС) плюс 30 ºС. У выніку атрымаем Θ=20 ºС.
Патэнцыяльная тэмпература дае магчымасць параўноўваць цеплавы стан паветраных мас, якія знаходзяцца на розных вышынях, а таксама выяўляюць больш цёплыя, ці больш халодныя масы паветра. Патэнцыяльную тэмпературу можна атрымаць пры дапамозе аэралагічнай дыяграмы, калі апускацца з вышыні ўздоўж сухой адыябаты да ўзроўня 1000 гПа.
Патэнцыяльная тэмпература не зменяецца, калі маса паветра паднімаецца і апускаецца па сухаадыябатычнаму закону. Гэта ўласцівасць патэнцыяльнай тэмпературы мае вялікае значэнне для ацэнкі ўнутранай энергіі паветраных мас і аналіза сінаптычных працэсаў. Вылічваючы патэнцыяльную тэмпературу розных тыпаў мас паветра, мы ў думках сухаадыябатычна апускаем іх да ўзроўня ізабарычнай паверхні ў 1000 гПа і мяркуем аб іх цеплавой энергіі.
Для разліку патэнцыяльнай тэмпературы паветра можна карыстацца наступнай формулай:
Θ=T+γa·Z (3.34)
дзе Т – тэмпература паветра на вышыні Z, выражанай у сотнях метраў.
Дапусцім, што на вышыні 1000 м тэмпература паветра 10 ºС (283 К). Тады патэнцыяльная тэмпература паветра на ўзроўні 1000 гПа Θ=273+10+1·10=273+20 ºС=293К. Дапусцім, паветра паднялося на вышыню 1500 м паводле сухаадыябатычнага закона, атрымаўшы тэмпературу 5 ºС (278К). Цяпер зноў апусцім паветра паводле сухаадыябатычнага закону на ўзровень мора. Мы бачым, што патэнцыяльная тэмпература не змянілася (20 ºС=293 К).
На ўсім працягу сухой адыябаты патэнцыяльная тэмпература аднолькавая. Лічыцца, што сухія адыябаты ўяўляюць ізалініі роўнай патэнцыяльнай тэмпературы паветра. Любая сухая адыябата характарызуе пэўную патэнцыяльную тэмпературу (гл. рыс. 3.5).
Змяненні патэнцыяльнай тэмпературы сведчаць аб тым, што ў паветранай масе адбыліся вільгацеадыябатычныя працэсы, пры якіх назірался кандэнсацыя і вылучалася скрытая цеплата параўтварэння. Патэнцыяльная тэмпература пры такіх працэсах павялічваецца.