25. Потенциальная температура

Пусть на какой-то высоте в атмосфере имеется воздух с давлением р и температурой Т. Если бы этот воздух сухоадиабатически опустился на уровень, где существует стандартное давление р₀, то температура его тоже изменилась бы по уравне­нию Пуассона. Новая температура была бы

Назовем эту температуру, которую воздух получил бы при стандартном давлении (1000 мб), его потенциальной темпера­турой. Фактическую температуру воздуха, в отличие от потен­циальной, будем называть молекулярной температурой. Оче­видно, что потенциальная температура равна молекулярной тем­пературе при стандартном давлении.

Потенциальную температуру можно с достаточным прибли­жением определить, если известно, на какой высоте воздух на­ходится. Пусть, например, эта высота равна 3000 м. Допустим, что на уровне моря давление стандартное, т. е. равно 1000 мб (в среднем оно близко к этой величине). Тогда потенциальная температура воздуха, т. е. температура, с которой он пришел бы на уровень моря, равна его начальной температуре плюс 30°, так как на каждые 100 м спуска температура воздуха должна возрастать на один градус. Таким образом, приближенно Θ = T+z, где z — число градусов, равное числу гектометров вы­соты.

С помощью потенциальной температуры можно сравнивать тепловое состояние масс воздуха, находящихся на разных вы­сотах над уровнем моря, т. е. при разных давлениях. Вычисляя потенциальную температуру этих масс, мы как бы опускаем их на один уровень.

При изменении состояния воздуха по сухоадиабатическому закону потенциальная температура воздуха не меняется.

Пусть, например, воздух с температурой +10° С (283° К) находится на высоте 3000 м. Его потенциальная температура, согласно сказанному выше, будет приблизительно +40° С. Это понятно: опустившись на уровень моря с высоты 3000 м, воздух нагрелся бы на 30° и получил бы температуру +40°. Допустим теперь, что воздух сначала адиабатически поднялся с уровня 3000 м на уровень 3200 м. При этом его температура понизится на 2° и станет +8°. Но если теперь адиабатически опустить воз­дух на уровень моря, то он нагреется уже на 32° и, следова­тельно, придет на уровень моря с той же температурой +40°, которая и является его потенциальной температурой.

Только когда начинается конденсация и выделяется скрытая теплота, потенциальная температура возрастает.

Сухие адиабаты на адиабатной диаграмме являются изо­линиями равной потенциальной температуры воздуха. В самом деле, при сухоадиабатическом изменении состояния точка на диаграмме, выражающая состояние воздуха, перемещается по одной и той же сухой адиабате. Следовательно, данная сухая адиабата характеризует определенную потенциальную темпера­туру. Значение этой потенциальной температуры мы найдем на оси абсцисс для точки пересечения данной адиабаты с линией стандартного давления (1000 мб).