Potensiell tettleik

Den potensielle tettleiken til ein væskepakke med trykk $P$ er tettleiken pakken måtte ha for å førast adiabatisk til eit referansetrykk $P_{0}$, ofte 1000 hPa). Når tettleiken endra seg ved forskjellig trykk, er den potensielle tettleiken til ein væskepakke bevart, sidan trykket pakken opplever endrar seg (om det ikkje finst miksing med andre pakkar eller ein har netto varmefluks). Omgrepet vert nytta i oseanografi og (til mindre grad) i atmosfærisk vitskap.

Potensiell tettleik er ein dynamisk viktig eigenskap: for statisk stabilitet må den potensielle tettleiken minke oppover. Om han ikkje ger det, vil ein pakke som vert flytta oppover vere lettare enn omgjevnadane, og dermed helde fram oppover. På liknande måte vil ein pakke som då vert flytta nedover vere tyngre enn omgjevnadane. Dette gjeld sjølv om tettleiken til væska minkar oppover. I stabile tilhøve (der den potensielle tettleiken minkar oppover) vil rørsler langs ei flate med konstant potensiell tettleik (isopyknalar) nytte mykje mindre energi enn rørsler på tvers av desse flatene (diapyknal straum), så det meste av rørsla i ei tredimensjonal geofysisk væske går langs desse todimensjonale flatene.

I oseanografi nyttar ein symbolet $\rho _{\theta }$ for å skildre potensiell tettleik, med referansetrykk $P_{0}$ som trykket ved havoverflata. Den tilsvarande «potensielle tettleiksanomalien» vert skrive som $\sigma _{\theta }=\rho _{\theta }-1000$ kg/m$^{3}$. Sidan kompressibiliteten til sjøvatn varierer med salinitet og temperatur, må referansetrykket veljast nær det faktiske trykket for å definisjonen av potensiell tettleik skal gje meining. Referansetrykket vert ofte vald i heile multiplar av 100 bar, for vatn nær eit trykk på 400 bar (40 MPa), la oss sei at referansetrykket er 400 bar, så ville den potensielle tettleiksanomalien vorte skriven $\sigma _{4}$.

Potensiell tettleik vert tilpassa effekten av kompresjon på to måtar:

• Effekten av at ein pakke endrar volum på grunn av endringar i trykket (når trykket aukar, minkar volumet).
• Effekten av at ein pakke endrar temperatur på grunn av adiabatiske endringar i trykket (når trykket aukar, aukar temperaturen).

Tettleiken til ein pakke kan reknast ut frå tilstandslikninga:

$\rho =\rho (P,T,S_{1},S_{2},...)$

der $T$ er temperatur, $P$ er trykk og $S_{n}$ er andre sporstoff som påverkar tettleiken (t.d. saliniteten til sjøvatn). Den potensielle tettleiken ville då ha vorte:

$\rho _{\theta }=\rho (P_{0},\theta ,S_{1},S_{2},...)$

der $\theta$ er den potensiell temperaturen til ein væskepakke for det same referansetrykket $P_{0}$.

Kjelder

• Denne artikkelen bygger på «Potential density» frå Wikipedia på engelsk, den 1. desember 2009.
  • Wikipedia på engelsk oppgav desse kjeldene:
  • John M. Wallace and Peter V. Hobbs (2006). Atmospheric Science, An Introductory Survey, Second Edition. Academic Press. ISBN 0-12-732950-1. 
  • Robert H. Stewart (2002). Introduction to Physical Oceanography.