خطوات الاستخدام
أدخل درجة حرارة الهواء (بالدرجة المئوية أو كلفن). يتم تحويل القيمة إلى كلفن إذا لزم الأمر (كلفن = درجة مئوية + 273.15). درجة الحرارة هي مقياس للطاقة الحركية للجزيئات، وتستخدم كأساس لحساب درجة الحرارة الكامنة.
أدخل الضغط الجوي (بالهكتوباسكال hPa). الضغط الجوي ينخفض مع الارتفاع، وهو عامل أساسي في تحديد درجة الحرارة الكامنة. يمكن الحصول على قيمة الضغط من محطات الأرصاد أو نماذج الطقس.
تحسب درجة الحرارة الكامنة (θ) باستخدام المعادلة: θ = T * (P0 / P)^(R/cp) حيث P0 = 1000 hPa (الضغط المرجعي)، R هو ثابت الغاز للهواء الجاف (287 J/kg·K)، cp هو السعة الحرارية النوعية عند ضغط ثابت (1004 J/kg·K)، وبالتالي R/cp ≈ 0.286.
اضرب درجة الحرارة المطلقة (T) في النسبة (P0/P) مرفوعة للأس 0.286. النتيجة هي درجة الحرارة الكامنة بوحدة كلفن. على سبيل المثال، إذا كانت T=300 K وP=900 hPa، فإن θ = 300 * (1000/900)^0.286 ≈ 309.6 K.
فسّر النتيجة: درجة الحرارة الكامنة تبقى ثابتة للكتلة الهوائية التي ترتفع أو تهبط بشكل أدياتيكي جاف (بدون تبادل حراري). إذا زادت θ مع الارتفاع، يكون الجو مستقراً؛ وإذا نقصت، يكون غير مستقر، مما يساعد في التنبؤ بالعواصف.
أمثلة محلولة
تطبيقات عملية على درجة الحرارة الكامنة بخطوات الحل كاملة.
الحل
أولاً، نحول درجة الحرارة إلى كلفن: T = 35 + 273.15 = 308.15 K. الضغط P = 1010 hPa. نطبق المعادلة: θ = 308.15 * (1000/1010)^0.286. نحسب النسبة: 1000/1010 ≈ 0.9901، نرفعها للأس 0.286: 0.9901^0.286 ≈ 0.9972. إذن θ ≈ 308.15 * 0.9972 ≈ 307.3 K. هذا يعني أن درجة الحرارة الكامنة تساوي 307.3 K (حوالي 34.2°C). الآن، عندما ترتفع الكتلة إلى مستوى 700 hPa، نستخدم θ الثابتة لحساب درجة الحرارة الجديدة: T_new = θ * (P_new / P0)^(R/cp) = 307.3 * (700/1000)^0.286. (700/1000)=0.7، 0.7^0.286 ≈ 0.902. إذن T_new ≈ 307.3 * 0.902 ≈ 277.2 K ≈ 4°C. أي أن الهواء يبرد بشكل كبير مع الارتفاع، مما قد يؤدي إلى تكاثف إذا كانت الرطوبة كافية.
الحل
نحول درجات الحرارة: عند 850 hPa: T1 = 10 + 273.15 = 283.15 K. θ1 = 283.15 * (1000/850)^0.286 = 283.15 * (1.1765)^0.286. 1.1765^0.286 ≈ 1.047. θ1 ≈ 283.15 * 1.047 ≈ 296.5 K. عند 700 hPa: T2 = -5 + 273.15 = 268.15 K. θ2 = 268.15 * (1000/700)^0.286 = 268.15 * (1.4286)^0.286. 1.4286^0.286 ≈ 1.104. θ2 ≈ 268.15 * 1.104 ≈ 296.0 K. نلاحظ أن θ2 (296.0 K) أقل بقليل من θ1 (296.5 K). بما أن θ تتناقص مع الارتفاع، فهذا يشير إلى عدم استقرار مشروط (conditionally unstable). إذا ارتفعت الكتلة الهوائية، ستكون أكثر دفئاً من المحيط، مما يعزز الحركات الصاعدة ويساهم في تكوين السحب والعواصف.
أمثلة محسوبة
قيم مُدخَلة ونتيجة محسوبة فعليًا بواسطة درجة الحرارة الكامنة.
قيم مُدخَلة قياسية
- درجة الحرارة (كلفن)
- 22
- الضغط (hPa)
- 50
قيم مُدخَلة مرتفعة
- درجة الحرارة (كلفن)
- 40
- الضغط (hPa)
- 85
قيم مُدخَلة منخفضة
- درجة الحرارة (كلفن)
- 5
- الضغط (hPa)
- 10
قيم مُدخَلة قياسية
- درجة الحرارة (كلفن)
- 30
- الضغط (hPa)
- 30
قيم مُدخَلة مرتفعة
- درجة الحرارة (كلفن)
- 80
- الضغط (hPa)
- 80
قيم مُدخَلة منخفضة
- درجة الحرارة (كلفن)
- 10
- الضغط (hPa)
- 10