Потенциальная плотность

Потенциальная плотность жидкого пакета под давлением $P$ - это плотность , которую приобретет посылка, если адиабатически довести ее до эталонного давления. $P_{0}$, часто 1 бар (100 кПа ). В то время как плотность изменяется с изменением давления, потенциальная плотность жидкого пакета сохраняется при изменении давления, испытываемого пакетом (при условии, что не происходит смешивания с другими пакетами или суммарного теплового потока). Понятие используется в океанографии и (в меньшей степени) науке об атмосфере .

Потенциальная плотность является динамически важным свойством: для статической устойчивости потенциальная плотность должна уменьшаться вверх. Если этого не происходит, смещенный вверх жидкий пакет оказывается легче своих соседей и продолжает двигаться вверх; аналогично, жидкий пакет, смещенный вниз, будет тяжелее своих соседей. Это верно, даже если плотность жидкости уменьшается вверх. В стабильных условиях (потенциальная плотность уменьшается вверх) движение вдоль поверхностей с постоянной потенциальной плотностью ( изопикнальные ) энергетически предпочтительнее потока через эти поверхности (диапикнальный поток), поэтому большая часть движения внутри трехмерной геофизической жидкости происходит вдоль этих двухмерных поверхностей. D-поверхности.

В океанографии символ $\rho _{\theta }$ используется для обозначения потенциальной плотности с опорным давлением $P_{0}$ за давление принято считать давление на поверхности океана. Соответствующую аномалию потенциальной плотности обозначим через $\sigma _{\theta }=\rho _{\theta }-1000$ кг /м ³ . Поскольку сжимаемость зависит морской воды от солености и температуры , опорное давление должно быть выбрано близким к фактическому давлению, чтобы определение потенциальной плотности оставалось динамически значимым. Эталонное давление часто выбирают как целое кратное 100 бар; для воды с давлением около 400 бар (40 МПа ), скажем, будет использовано эталонное давление 400 бар, и будет записан символ потенциальной аномалии плотности. $\sigma _{4}$.Поверхности постоянной потенциальной плотности (относительно заданного эталонного давления и вблизи него) используются при анализе океанских данных и для построения моделей океанских течений . Поверхности нейтральной плотности , определенные с использованием другой переменной, называемой нейтральной плотностью ( $\gamma ^{n}$), можно считать непрерывным аналогом этих потенциальных поверхностей плотности.

Потенциальная плотность корректирует эффект сжатия двумя способами:

• Эффект изменения объема посылки из-за изменения давления (при увеличении давления объем уменьшается).
• Эффект изменения температуры посылки из-за адиабатического изменения давления (при увеличении давления температура увеличивается).

Плотность посылки можно рассчитать по уравнению состояния : $$\rho =\rho (P,T,S_{1},S_{2},...)$$где $T$ это температура, $P$ это давление, и $S_{n}$ являются и другие индикаторы , влияющие на плотность (например, соленость морской воды ). Тогда потенциальная плотность будет рассчитываться как: $$\rho _{\theta }=\rho (P_{0},\theta ,S_{1},S_{2},...)$$где $\theta$ - потенциальная температура пакета жидкости при том же эталонном давлении $P_{0}$.

См. также

• Потенциальная энергия

Ссылки

• Джон М. Уоллес и Питер В. Хоббс (2006). Наука об атмосфере, Вводный обзор, второе издание . Академическая пресса. ISBN  0-12-732950-1 .
• Роберт Х. Стюарт (2002). Введение в физическую океанографию . Архивировано из оригинала 5 декабря 2012 г. Проверено 14 ноября 2006 г.