Ilmakehän termodynamiikka on ilmakehän fysiikan osa, joka on omistettu lämmön siirtymisen ja muuntumisen työksi (ja päinvastoin) prosesseihin maapallon ilmakehässä liittyen sääilmiöiden tai ilmaston fysiikan tutkimukseen perustuen peruslakeihin. klassisen termodynamiikan [1] . Tämän alueen tutkimus on välttämätöntä ilmakehän turbulenssin , konvektion , planeetan rajakerroksen dynamiikan ja sen pystysuoran stabiilisuuden ominaisuuksien ymmärtämiseksi . Ilmakehän termodynamiikka toimii pohjana pilvien prosessien mallintamiseen, käytetään parametrisoimaan konvektiota ilmakehän dynamiikan numeerisissa malleissa, sääennusteissa ja ilmastoteoriassa. Termodynaamisia kaavioita käytetään työkaluna myrskyn kehittymisen ennustamiseen. Ilmakehän termodynamiikka on olennainen osa dynaamisen meteorologian kurssia .
Hadley-solun fysikaalisia prosesseja voidaan pitää ilmakehän lämpömoottorin toiminnan tuloksena . Solun kierto on seurausta lämpimän ja kostean ilman noususta päiväntasaajan alueella ja sen jäähtymisestä ja uppoamisesta subtrooppisilla alueilla. Tällaisen lämpömoottorin termodynaamisen hyötysuhteen arvio vuosina 1979–2010 [4] osoittautui suunnilleen vakioksi, keskimäärin 2,6 %. Vaikka Hadley-kennon tuottama teho on lisääntynyt keskimäärin 0,54 TW vuodessa saman ajanjakson aikana, mikä johtui trooppisten meren pinnan lämpötilan havaitusta trendistä.
Termodynaamisilla prosesseilla on ratkaiseva rooli trooppisen syklonin (hurrikaanin) kehittymisessä. Yleensä hurrikaanin kehittyminen esitetään ilmakehän lämpömoottorin työn tuloksena, jossa ilma lämpenee lämmönvaihdon johdosta merenpinnan kanssa, jonka lämpötila on noin 300 K, kohoamisen seurauksena. konvektio ja jäähtyy tropopaussissa , jonka lämpötila on noin 200 K. Tässä tapauksessa veden faasisiirtymillä on tärkeä rooli. Haihtuminen tapahtuu valtameren pinnalla. Lämmin, nouseva ilma laajenee ja jäähtyy noustessa. Kastepisteen saavuttaessa vesihöyry tiivistyy muodostaen pilviä ja sadetta. Piilevän lämmön vapautuminen kondensaation aikana tarjoaa energian virtauksen, joka ylläpitää hurrikaanin mekaanista energiaa.
Ilmakehän rajakerroksen lämpöolosuhteet vaikuttavat merkittävästi sen dynamiikkaan ja aiheuttavat sen ajallista ja alueellista vaihtelua. Teoreettiset mallit , joissa käytetään lämpöyhtälöä (lämpövirtayhtälö), ideaalisen kaasun tilayhtälöä , vesihöyryn diffuusioyhtälöä , ovat mesometeorologian [6] rajakerroksessa tapahtuvien prosessien analyysiteorian taustalla [5 ] . Teoria mallintaa (ainakin laadullisesti) sellaisia ilmiöitä kuin ilmakehän tilan parametrien päivittäinen kulku, tuulet , pohjapinnan heterogeenisyyden vaikutus , orografiset vaikutukset ( vuoren laakson tuulet , jäätuulet , paikallistuulet : foehn , bora jne.) , advetiivisumut . Tutkimuksia lämpökerrostumisen vaikutuksesta turbulenttisiin virtauksiin käytetään numeerisessa mallintamisessa epäpuhtauksien leviämisprosessista ilmakehässä [7] .
| Ilmakehän fysiikan alat ( meteorologia ) | |
|---|---|