Потенциальная плотность - Potential density

В потенциальная плотность жидкой посылки на давление ${displaystyle P}$ это плотность что посылка приобретет, если адиабатически доведено до эталонного давления ${displaystyle P_ {0}}$, часто 1 бар (100 кПа ). В то время как плотность изменяется с изменением давления, потенциальная плотность частицы жидкости равна консервированный при изменении давления, испытываемого посылкой (при условии, что не происходит смешивания с другими посылками или нетто-теплового потока). Концепция используется в океанография и (в меньшей степени) наука об атмосфере.

Плотность потенциала является динамически важным свойством: для статической устойчивости плотность потенциала должна уменьшаться вверх. Если этого не происходит, жидкий пакет, смещенный вверх, оказывается легче своих соседей и продолжает двигаться вверх; Точно так же жидкий пакет, смещенный вниз, будет тяжелее, чем его соседи. Это верно, даже если плотность жидкости уменьшается вверх. В устойчивых условиях (уменьшение плотности потенциала вверх) движение по поверхностям постоянной плотности потенциала (изопикналы ) энергетически благоприятствует потоку через эти поверхности (диапикнальный поток), поэтому большая часть движения в трехмерной геофизической жидкости происходит вдоль этих двухмерных поверхностей.

В океанографии символ ${displaystyle ho _ {heta}}$ используется для обозначения потенциальная плотность, при эталонном давлении ${displaystyle P_ {0}}$ принимается за давление на поверхности океана. Соответствующие аномалия потенциальной плотности обозначается ${displaystyle sigma _ {heta} = ho _ {heta} -1000}$ кг / м³. Поскольку сжимаемость из морская вода варьируется в зависимости от соленость и температура, эталонное давление должно быть близко к фактическому, чтобы определение потенциальной плотности оставалось динамически значимым. Эталонные давления часто выбираются как целые, кратные 100 бар; для воды с давлением около 400 бар (40 МПа ), скажем, будет использоваться эталонное давление 400 бар, а символ аномалии потенциальной плотности будет написан ${displaystyle sigma _ {4}}$.Поверхности с постоянной потенциальной плотностью (относительно и вблизи данного эталонного давления) используются при анализе данных об океане и для построения моделей Океанские течения. Нейтральная плотность поверхности, определенные с помощью другой переменной, называемой нейтральная плотность (${displaystyle gamma ^ {n}}$), можно рассматривать как непрерывный аналог этих поверхностей потенциальной плотности.

Потенциальная плотность регулируется с учетом эффекта сжатие двумя способами:

• Эффект изменения объема посылки из-за изменения давления (по мере увеличения давления объем уменьшается).
• Эффект изменения температуры посылки из-за адиабатического изменения давления (по мере увеличения давления увеличивается температура).

Плотность посылки можно рассчитать по уравнение состояния:

${displaystyle ho = ho (P, T, S_ {1}, S_ {2}, ...)}$

куда ${displaystyle T}$ это температура, ${displaystyle P}$ это давление, и ${displaystyle S_ {n}}$ другие трассеры которые влияют на плотность (например, соленость из морская вода ). Тогда потенциальная плотность будет рассчитана как:

${displaystyle ho _ {heta} = ho (P_ {0}, heta, S_ {1}, S_ {2}, ...)}$

куда ${displaystyle heta}$ это потенциальная температура части жидкости для того же эталонного давления ${displaystyle P_ {0}}$.

Смотрите также

Потенциальная энергия

Рекомендации

• 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 оригинал на 2012-12-05. Получено 2006-11-14.