Atmosfärisk termodynamik är ett avsnitt av atmosfärsfysik som ägnas åt studier av processerna för överföring och omvandling av värme till arbete (och vice versa) i jordens atmosfär i samband med studiet av fysiken för väderfenomen eller klimat baserat på de grundläggande lagarna av klassisk termodynamik [1] . Forskning inom detta område är väsentlig för att förstå egenskaperna hos atmosfärisk turbulens , konvektion , dynamiken i det planetariska gränsskiktet och dess vertikala stabilitet. Atmosfärisk termodynamik tjänar som bas för modellering av processer i moln , och används för att parametrisera konvektion i numeriska modeller av atmosfärisk dynamik, väderprognoser och klimatteori. Termodynamiska diagram används som ett verktyg för att förutsäga utvecklingen av en storm. Atmosfärisk termodynamik är en integrerad del av kursen dynamisk meteorologi .
De fysiska processerna i Hadley-cellen kan betraktas som ett resultat av driften av en atmosfärisk värmemotor . Cirkulationen i cellen är resultatet av ökningen av varm och fuktig luft i ekvatorialområdet, med dess kylning och sjunkande i subtroperna. Bedömningen av den termodynamiska verkningsgraden för en sådan värmemotor under perioden 1979 till 2010 [4] visade sig vara ungefär konstant, i genomsnitt 2,6 %. Medan effekten som genereras av Hadley-cellen har ökat med i genomsnitt 0,54 TW per år under samma tidsperiod, vilket var resultatet av den observerade trenden i tropiska havstemperaturer.
Termodynamiska processer spelar en avgörande roll i utvecklingen av en tropisk cyklon (orkan). Vanligtvis presenteras utvecklingen av en orkan som ett resultat av arbetet med en atmosfärisk värmemotor, i vilken luften värms upp på grund av värmeväxling med havsytan, som har en temperatur på ca 300 K, stiger p.g.a. konvektion och kyler vid tropopausen , som har en temperatur på cirka 200 K. I detta fall spelas en viktig roll av fasövergångar av vatten. Avdunstning sker på havets yta. Varm, stigande luft expanderar och svalnar när den stiger. När vattenångan når daggpunkten kondenserar den och bildar moln och regn. Frigörandet av latent värme under kondensering ger ett inflöde av energi som upprätthåller orkanens mekaniska energi.
Termiska förhållanden i atmosfärens gränsskikt har en betydande inverkan på dess dynamik och är orsaken till dess tidsmässiga och rumsliga variation. Teoretiska modeller som använder värmeekvationen (värmeinflödesekvationen), idealgasekvationen för tillstånd , vattenångdiffusionsekvationen ligger till grund för teorin om analys av processer som förekommer i gränsskiktet [5] i mesometeorologi [6] . Teorin (åtminstone kvalitativt) modellerar sådana fenomen som det dagliga förloppet av parametrarna för atmosfärens tillstånd, vindar , påverkan av den underliggande ytans heterogenitet , orografiska effekter ( bergsdalvindar , glacialvindar , lokala vindar : foehn , bora , etc.), advektiv dimma . Studier av effekten av termisk stratifiering på turbulenta flöden används i numerisk modellering av processen för spridning av föroreningar i atmosfären [7] .
| Atmosfärsfysiks grenar ( meteorologi ) | |
|---|---|