標籤: 暫無標籤

大氣熱力學 是大氣物理學的一個分支。是一門應用熱力學原理研究大氣熱狀態及其熱力過程的學科。主要是在熱力學概念和定律的基礎上,來研究大氣的熱狀態及其熱力過程,如水相平衡與轉變過程、大氣中的可逆絕熱過程與不可逆絕熱過程、氣層的靜力穩定度及引起靜力穩定度發生的轉變過程等等。

1總體概述

大氣熱力學對干絕熱過程的研究開始得最早,主要研究干空氣的氣塊在運動過程中由於壓縮和膨脹引起的溫度變化,得到干絕熱過程溫度遞減率。後來注重到水汽以及與之有關的凝聚和蒸發、凝固和溶解等過程對大氣中熱力過程的重要作用,又開始了對潮濕空氣,非凡是飽和濕空氣熱力學的研究,得到了濕絕熱過程溫度遞減率;建立了表徵大氣中水汽含量(包括各種濕度)的溫濕特徵以及虛溫度的概念;研究了可逆凝聚和假絕熱過程;還研究了成雲致雹各個階段的熱力過程。(見大氣絕熱過程、大氣熱力學溫度、大氣靜力穩定度)
在大氣熱力學中,除研究由大氣中水汽相變而引起的非絕熱過程外,對於由輻射和湍流熱量交換所引起的非絕熱過程(見非絕熱加熱)的研究也受到了重視(非凡是關於中長期天氣過程和氣候形成的問題)。
由於大氣動力學的基本方程組中包括了氣體狀態方程和熱力學第一定律(見大氣動力方程),所以大氣動力學和大氣熱力學之間有著密切的聯繫。

2研究發展

至今趨勢
至今,已出版的大氣熱力學專著幾乎都基於經典力學的範疇.關於非平衡態熱力學在大氣科學中應用的研究已取得了若干進展,如研究大氣中的耗散結構,研究大氣中各種系統的熵平衡等;因此十分需要出版一本大氣非平衡態熱力學的專著。《大氣熱力動力學導論—大氣非平衡態線性和非線性熱力學》一書正好應此而生。該書論述了大氣熱力學發展的許多新成果。例如,理論熱力學中非線性熱力系統的最小熵產生定理和穩定性判據都是在小擾動假設下證明的;可以在更寬的條件下,利用動力學方程的性質證明最小熵產生定理和穩定性判據。理論上指出,最小熵產生的大氣狀態並非定態,由於大氣動力過程仍可使大氣流速、溫度和水汽仍處於非定態之中。最小熵產生的大氣狀態是系統不存在任何動量、熱量和水汽量的源/匯的熱力學狀態,也就是是無源的態,這和理論熱力學最小熵產生態的結論是不同的。這不但發展了非平衡態大氣熱力學,而且具有理論物理價值。1990年代以來,國內外大氣科學領域對大氣熵理論求解熱力學方程的福克-普朗克(Fokker-Planck)途徑等方面都進行了有成效的研究,豐富了非線性大氣熱力學。把動力變數和動力方程變換為熵表達形式,也已有這方面的嘗試,其思路是直接把動力變數類比地看作為一個溫度變數來定義熵函數的。與導出方程(1)的思路和步驟是不同的。

3總結

由於我們對大氣的熱力學作用和熱力過程了解還不夠,大氣非平衡態熱力學理論研究也處在初創期,任重而道遠。1970年代以來,已嘗試從熱力熵理論來建立氣候系統模式,這樣有可能不必在模式中涉及所有尺度上的物理過程而建模。但從熱力-動力熵理論來發展大氣數值模式更具有吸引力,因為大氣的動力過程對描寫大氣運動是非常重要的。相信,隨著當今其他學科的急速進展,特別是物理、化學和計算數學的發展,在不久的將來,定能在此基礎上建立和發展突顯熱力學作用的數值模式。
上一篇[躍變]    下一篇 [大氣動力方程]

相關評論

同義詞:暫無同義詞