潜在密度

圧力下における流体塊の潜在密度は、その塊が断熱的に基準圧力（通常は 1 bar (100 kPa )）に達した場合に得られる密度です。密度は圧力の変化とともに変化しますが、流体塊の潜在密度は、塊が受ける圧力が変化しても保存されます（他の塊との混合や正味の熱流束が発生しない場合）。この概念は海洋学や（程度は低いものの）大気科学で使用されています。 ${\displaystyle P}$${\displaystyle P_{0}}$

潜在密度は力学的に重要な特性です。静的安定性のためには、潜在密度は上向きに減少する必要があります。そうでない場合、上向きに変位した流体塊は、隣接するものより軽くなり、上向きに動き続けます。同様に、下向きに変位した流体塊は、隣接するものより重くなります。これは、流体の密度が上向きに減少する場合でも同様です。安定した状態 (潜在密度が上向きに減少) では、一定の潜在密度 (等密度面) に沿った動きは、これらの表面を横切る流れ (等密度面の流れ) よりもエネルギー的に有利であるため、3 次元の地球物理学的流体内の動きのほとんどは、これらの 2 次元の表面に沿って発生します。

海洋学では、記号 は潜在密度 を表すのに使用され、基準圧力は海面の圧力とされます。対応する潜在密度異常はkg /m ³で表されます。海水の圧縮率は塩分濃度と温度によって変化するため、潜在密度 の定義を動的に意味のあるものにするには、基準圧力を実際の圧力に近い値に選択する必要があります。基準圧力は、多くの場合、100 bar の整数倍として選択されます。たとえば、圧力が 400 bar (40 MPa ) に近い水の場合、基準圧力 400 bar が使用され、潜在密度異常の記号は と表記されます。一定の潜在密度 (特定の基準圧力を基準として、その近傍にある) の表面は、海洋データの分析や海流モデルの構築に使用されます。中性密度( ) と呼ばれる別の変数を使用して定義される中性密度面は、これらの潜在密度面の連続的な類似物と考えることができます。 ${\displaystyle \rho _{\theta}}$${\displaystyle P_{0}}$${\displaystyle \sigma_{\theta}=\rho_{\theta}-1000}$ ${\displaystyle \sigma _{4}}$${\displaystyle \gamma^{n}}$

潜在密度は、次の 2 つの方法で圧縮の影響を調整します。

• 圧力の変化による荷物の体積の変化の影響（圧力が増加すると、体積は減少します）。
• 圧力の断熱変化による荷物の温度変化の影響（圧力が増加すると、温度が上昇します）。

流体塊の密度は状態方程式から計算できます。 ここで、は温度、は圧力、 は密度に影響を与えるその他のトレーサー(例:海水の塩分濃度) です。潜在密度は次のように計算されます。 ここで、 は同じ基準圧力に対する流体塊の潜在温度です。 $${\displaystyle \rho =\rho (P,T,S_{1},S_{2},...)}$$${\displaystyle T}$${\displaystyle P}$${\displaystyle S_{n}}$$${\displaystyle \rho _{\theta }=\rho (P_{0},\theta ,S_{1},S_{2},...)}$$${\displaystyle \theta}$${\displaystyle P_{0}}$

• 位置エネルギー

• ジョン・M・ウォレス、ピーター・V・ホッブス（2006年）。大気科学入門調査、第2版。アカデミック・プレス。ISBN 0-12-732950-1。
• Robert H. Stewart (2002). 物理海洋学入門. 2012-12-05 にオリジナルからアーカイブ。2006-11-14に閲覧。