Виртуелна температура

Во атмосферската термодинамика, виртуелната температура ( <math>T_v</math> ) на флуиден дел е температурата на која теоретскиот дел со сув воздух би имала вкупен притисок и густина еднаква на влажниот флуиден дел. Виртуелната температура на незаситениот влажен воздух е секогаш поголема од апсолутната температура на воздухот, бидејќи постоењето на суспендирани облаци ја намалува виртуелната температура.
Виртуелниот температурен ефект е познат и како ефект на пловност на пареа. Опишано е дека ја зголемува топлинската емисија на Земјата со загревање на тропската атмосфера.
1 Вовед
1.1 Опис
Во атмосферските термодинамички процеси, често е корисно да се претпостави дека флуидните делови се однесуваат приближно адијабатски и приближно идеално . Специфичната гасна константа за стандардизирана маса од еден килограм одреден гас е променлива и математички е опишана како
:<math>R_x = \frac{R^*}{M_x},</math>
каде <math>R^*</math> е константата на моларниот гас и <math>M_x</math> е привидната моларна маса на гас <math>x</math> во килограми по мол. Очигледната моларна маса на теоретски влажна парцела во атмосферата на Земјата може да се дефинира во компонентите на водена пареа и сув воздух како
:<math>M_\text{air} = \frac{e}{p} M_v + \frac{p_d}{p} M_d,</math>
каде <math>e</math> делумен притисок на водата, <math>p_d</math> притисок на сув воздух и <math>M_v</math> и <math>M_d</math> што ги претставува моларните маси на водена пареа и сув воздух соодветно. Вкупниот притисок <math>p</math> е опишан со Далтоновиот закон за парцијални притисоци :
:<math>p = p_d + e.</math>
1.2 Цел
Наместо да се вршат овие пресметки, погодно е да се скалира друга количина во рамките на идеалниот закон за гас за да се изедначат притисокот и густината на сува флуиден дел со влажен флуиден дел. Единствената променлива количина на идеалниот закон за гас, независно од густината и притисокот е температурата. Оваа намалена количина е позната како виртуелна температура и овозможува користење на состојбената равенка сув воздух за влажен воздух.
2 Изведување
На пример, за флуиден дел со влажен воздух што содржи маси <math>m_d</math> и <math>m_v</math> сув воздух и водена пареа во даден волумен <math>V</math> . Густината е дадена со
:<math>\rho = \frac{m_d + m_v}{V} = \rho_d + \rho_v,</math>
каде <math>\rho_d</math> и <math>\rho_v</math> се густините што би ги имале сувиот воздух и водената пареа соодветно кога го зафаќаат волуменот на флуидниот дел. Преуредувањето на стандардната равенка за идеален гас со овие променливи дава
:<math>e = \rho_v R_v T</math> и <math>p_d = \rho_d R_d T.</math>
Решавањето на густините во секоја равенка и комбинирањето со законот за делумни притисоци дава
:<math>\rho = \frac{p - e}{R_dT} + \frac{e}{R_v T}.</math>
Потоа, решавање за <math>p</math> и користење <math>\epsilon = \tfrac{R_d}{R_v} = \tfrac{M_v}{M_d}</math> е приближно 0,622 во Земјината атмосферата:
:<math>p = \rho R_d T_v,</math>
каде што виртуелната температура <math>T_v</math> е
:<math>T_v = \frac{T}{1 - \frac{e}{p}(1 - \epsilon)}.</math>
Сега се добива нелинеарен скалар за температура зависен чисто од вредноста без единица <math>e/p</math>, овозможувајќи различни количини на водена пареа во воздушниот флуиден дел. Оваа виртуелна температура <math>T_v</math> во единици на келвин може да се користи беспрекорно во која било термодинамичка равенка што го бара тоа.
:
3 Употреба
Виртуелната температура се користи за приспособување на сондажите на CAPE за проценка на достапната конвективна потенцијална енергија од дијаграмите на skew-T log-P. Грешките поврзани со игнорирањето на виртуелната корекција на температурата за помали CAPE вредности може да бидат доста значајни.