Mættishiti - hvað er það? (úr fræðabrekkunni)

Mættishiti er eitt þeirra tæknilegu hugtaka sem sífellt er á sveimi í veðurfræðitextum. Íslenska orðið er bein þýðing á alþjóðaheitinu potential temperature. Allir komast auðveldlega í gegnum lífið án þess að kannast hið minnsta við mættishitann. Notkun hugtaksins auðveldar hins vegar umræður um veður og veðurfræði, sérstaklega þegar fjallað er um stöðugleika lofts. Vel má vera að ég laumi mættishitanum inn við og við á hungurdiskum (við litlar vinsældir).

Það tók mig nokkurn tíma að venjast orðinu. Skylt er að geta þess að orðið varmastig hefur einnig verið notað sem þýðing á alþjóðaorðinu. Ég hef áður lýst því hér á blogginu hversu illa mér er við ofnotkun orðsins hitastig þar sem einfaldlega á að nota orðið hiti.

Í lofthjúpnum liggur hlýtt loft ætíð ofan á köldu, en samt kólnar oftast upp á við. Hér er algengur hiti í  5 km hæð um -30°C. Ef hægt væri að færa þetta loft niður til yfirborðs yrði hiti þess um +20°C vegna áhrifa þrýstings, en hann vex eftir því sem neðar dregur. Til að ná beinum samanburði á hita lofts í mismunandi hæð þurfum við að leiðrétta hann fyrir þrýstingi. Eftir að við höfum mælt hita og þrýsting í loftböggli getum við sagt fyrir um það hver hiti hans yrði ef hann er fluttur upp eða niður svo lengi sem honum bætist ekki varmi utanfrá né hann týni varma til umhverfisins. Við getum þá auðveldlega reiknað út hver hiti hans yrði sé honum lyft í heilu lagi frá sjávarmáli upp á fjallstind eða öfugt.

Velja mætti hvaða þrýsting sem er til samanburðarins, en venja er að miða hann við 1000 hPa (sem er þægileg tala nærri meðalþrýstingi við sjávarmál). Við mælum hita loftsins (í °C) með hitamæli og þrýstinginn (í hPa) með loftvog og flytjum loftið niður í 1000 hPa. Þá mælum við hitann aftur, sá hiti er nefndur mættishiti loftsins. Reikningurinn er auðveldur því hiti í niðurstreymi hækkar alltaf um 1°C fyrir hverja 100 metra niður á við.

Með samanburði við mættishita nágrannaböggla sést strax hver flotstaða böggulsins yrði, hvert sem við flytjum hann. Sé hann kaldari en þeir fellur hann niður, hann heldur ekki floti. Sé hann hlýrri flýtur hann sjálfkrafa áfram upp.  Á þennan hátt er hægt að meta hvort loft er í „raun og veru” hlýtt eða kalt og bera saman flotstöðu mishátt í gufuhvolfinu. Við tölum því um mjög hlýtt loft í 5 km hæð þótt hiti á mæli sé aðeins -20 stig. Bætum 50 við (fjölda hundrað metra í 5 km) og fáum út +30°C - það er mættishiti loftsins - ansi hlýtt?.

Mælieining mættishitans er sú sama og hitans sem við mælum á mæli - hér á landi í °C. Samt er algengast að tilfæra mættishitann í Kelvingráðum, en 0°C = 273,16 stig á Kelvin (K). Þetta er til að forðast rugling í þeim tilvikum þar sem talað er um bæði hita og mættishita í sömu andrá.

Lítum á dæmi:

Ef hiti í 900 m hæð uppi á Esju mælist 5°C er mættishitinn þar 14°C (5+9). Sé hitinn á sama tíma á Mógilsá 9°C er að skilningi veðurfræðinnar kaldara þar heldur en uppi á fjallinu, jafnvel þó hitinn sé fjórum stigum hærri. Mættishiti við fjallsræturnar er aðeins 9°C, fimm stigum lægri en er ofan við. Neðra loftið á því ekki nokkurn möguleika á því að fljóta upp fjallið, nema að það sé hitað upp sem mættishitamuninum nemur. Efra loftið getur ekki sigið niður nema það kólni meira og hraðar en loftið niður við fjallsræturnar.

Að slepptu örþunnu 1 til 2 m þykku lagi alveg niður undir jörð er óhætt að setja fram þá reglu að mættishiti fellur aldrei með hæð. Þetta er það sama og að segja að kalt loft liggi aldrei ofan á hlýju. Geri það það - tekur náttúran snarlega í taumana. Í blönduðu (óstöðugu) lofti breytist mættishiti ekki með hæð.

Hryllilegur þessi mættishiti - ekki satt?

Athugasemdir

[Aðalbjörn Steingrímsson (IP-tala skráð) 15.5.2011 kl. 10:16]

Sæll. Þú nefnir:  °0*C = 273,16 stig á Kelvin.  Er sú tala - 273,16 kölluð alkul ?    Kveðja.

[Sigurður Þór Guðjónsson, 15.5.2011 kl. 11:38]

Mættishitinn mættur í öllu sínum mætti. Sá er nú ekki impotent!

[Ólafur Örn Jónsson, 15.5.2011 kl. 12:20]

Veit ekki  Trausti hvað hún táknar þessi skrítna "blika" hér út af hvalfirði ... hún teygir sig hér austur inná landið ... er óveður í nánd eða

[Trausti Jónsson, 15.5.2011 kl. 14:17]

Aðalbjörn, jú, -273,16°C = O K og nefnist alkul. Ólafur Örn: Blikan sem þú talar um er norðurbrún á skýjakerfi lægðarbylgju sem fer mjög hratt til austurs talsvert fyrir sunnan land og kemur ekki beint við sögu hér á landi. Uppi í blikunni er mjög hvöss vestsuðvestan- eða vestanátt, um 55 m/s. Sigurður: Fleiri veðurfræðihugtök nota mættisem þýðingu á potential, t.d. jarðþyngdarmætti(geopotential) og hin stórkostlega en einkennilega mættisiða eða iðumætti (potential vorticity).