Nhiệt độ ảo là gì?
Nhiệt độ ảo (\(T_v\)) là mức nhiệt độ mà một khối không khí khô hoàn toàn cần đạt được để có cùng mật độ với một khối không khí ẩm cho trước ở cùng áp suất. Vì hơi nước nhẹ hơn không khí khô, nên khi thêm hơi ẩm, khối không khí sẽ loãng đi một chút — tương đương với việc nó nóng lên đôi chút. Các nhà khí tượng dùng nhiệt độ ảo để đơn giản hóa phương trình khí lý tưởng cho không khí ẩm, đồng thời đánh giá lực nổi (buoyancy) và độ ổn định của khí quyển.
Cách sử dụng máy tính
Nhập nhiệt độ không khí và chọn đơn vị tương ứng (Kelvin, Celsius hoặc Fahrenheit). Sau đó nhập tỷ lệ hỗn hợp hơi nước, tính bằng gram hơi nước trên mỗi kilogram không khí khô. Công cụ sẽ tự động đổi nhiệt độ về Kelvin, chuyển tỷ lệ hỗn hợp về dạng không thứ nguyên, rồi trả về nhiệt độ ảo theo K, °C và °F, kèm theo phần chênh lệch nhỏ mà nó cộng thêm so với nhiệt độ thực tế.
Giải thích công thức
Mối quan hệ được biểu diễn bằng $$T_v = T \times (1 + 0{,}61\,w)$$ trong đó \(T\) là nhiệt độ tuyệt đối (tính bằng Kelvin) và \(w\) là tỷ lệ hỗn hợp ở dạng không thứ nguyên (kg hơi nước trên mỗi kg không khí khô). Hằng số 0,61 bắt nguồn từ tỷ số giữa hằng số khí của không khí khô và của hơi nước. Vì \(w\) thường khá nhỏ (chỉ vài phần nghìn), nên nhiệt độ ảo thông thường chỉ cao hơn nhiệt độ thực tế khoảng một đến hai độ.
Ví dụ minh họa
Giả sử \(T = 20\) °C (293,15 K) và tỷ lệ hỗn hợp là 10 g/kg. Trước tiên, \(w = 10 / 1000 = 0{,}010\). Khi đó $$T_v = 293{,}15 \times (1 + 0{,}61 \times 0{,}010) = 293{,}15 \times 1{,}0061 = 294{,}938 \text{ K}$$ tức khoảng 21,79 °C. Như vậy, khối không khí ẩm này hành xử giống như không khí khô nóng hơn khoảng 1,79 K.
Câu hỏi thường gặp
Tại sao nhiệt độ phải tính bằng Kelvin? Công thức nhân nhiệt độ với một hệ số, nên chỉ cho kết quả đúng khi dùng thang đo tuyệt đối. Nếu nhập trực tiếp bằng Celsius hay Fahrenheit, kết quả sẽ sai — vì vậy công cụ sẽ tự quy đổi giúp bạn.
Tỷ lệ hỗn hợp dùng đơn vị gì? Tại đây bạn nhập theo g/kg (đơn vị phổ biến trong các bản thám không khí quyển); bên trong, giá trị này được chia cho 1000 để thành dạng kg/kg không thứ nguyên dùng trong phương trình.
Nhiệt độ ảo có luôn cao hơn nhiệt độ thực tế không? Đúng vậy, với mọi khối không khí ẩm. Không khí càng khô thì chênh lệch càng nhỏ, và không khí khô tuyệt đối sẽ cho \(T_v = T\).
