대기역학

건조단열감율 유도

리딩웨더 2022. 3. 12. 16:05

온위 방정식에 자연로그를 취한다.

$\theta = T(\frac{1000hPa}{p})^\kappa$

$\ln \theta = \ln T + \kappa \ln (1000hPa) - \kappa \ln p$

$z$에 대해 미분한다.

$\frac{\partial}{\partial z}(\ln \theta) = \frac{\partial}{\partial z}(\ln T) - \kappa\frac{\partial}{\partial z} \ln p$

$\frac{1}{\theta}\frac{\partial \theta}{\partial z} = \frac{1}{T}\frac{\partial T}{\partial z} - \kappa \frac{1}{p} \frac{\partial p}{\partial z}$

이상기체방정식과 정역학 방정식을 대입한다.

$p = \rho RT,\; \frac{\partial p}{\partial z} = -\rho g,\; \kappa = \frac{R}{c_p}$

$\frac{1}{\theta}\frac{\partial \theta}{\partial z} = \frac{1}{T}\frac{\partial T}{\partial z}+\frac{g}{c_p}\frac{1}{T}$

양변에 $T$를 곱하면

$\frac{T}{\theta}\frac{\partial \theta}{\partial z} = \frac{\partial T}{\partial z} + \frac{g}{c_p}$

건조단열과정에 의해 $\frac{\partial \theta}{\partial z}=0$

$-\frac{\partial T}{\partial z} = \frac{g}{c_p} = \Gamma _d$

$\Gamma _d = \frac{g}{c_p} = \frac{9.8\; m\; s^{-2}}{1004\;J\;kg^{-1}\;K^{-1}}=9.76 \; [\;K\;km^{-1}\;]$

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