Termodinamica atmosferică este o secțiune a fizicii atmosferice dedicată studiului proceselor de transfer și conversie a căldurii în muncă (și invers) în atmosfera Pământului în legătură cu studiul fizicii fenomenelor meteorologice sau climei pe baza legilor fundamentale. a termodinamicii clasice [1] . Cercetarea în acest domeniu este esențială pentru a înțelege proprietățile turbulenței atmosferice , convecției , dinamicii stratului limită planetar și stabilității sale verticale. Termodinamica atmosferică servește ca bază pentru procesele de modelare în nori și este utilizată pentru a parametriza convecția în modelele numerice ale dinamicii atmosferice, prognoza meteo și teoria climatului. Diagramele termodinamice sunt folosite ca instrument pentru prezicerea dezvoltării unei furtuni. Termodinamica atmosferică este o parte integrantă a cursului de meteorologie dinamică .
Procesele fizice din celula Hadley pot fi considerate ca rezultat al funcționării unui motor termic atmosferic . Circulația în celulă este rezultatul creșterii aerului cald și umed în regiunea ecuatorială, cu răcirea și scufundarea acestuia în zonele subtropicale. Evaluarea eficienței termodinamice a unui astfel de motor termic în perioada 1979-2010 [4] s-a dovedit a fi aproximativ constantă, cu o medie de 2,6%. În timp ce puterea generată de celula Hadley a crescut cu o medie de 0,54 TW pe an în aceeași perioadă de timp, ceea ce a fost rezultatul tendinței observate a temperaturilor de suprafață a mării tropicale.
Procesele termodinamice joacă un rol decisiv în dezvoltarea unui ciclon tropical (uragan). De obicei, dezvoltarea unui uragan este prezentată ca rezultat al lucrului unui motor termic atmosferic, în care aerul este încălzit datorită schimbului de căldură cu suprafața oceanului, care are o temperatură de aproximativ 300 K, crește ca urmare a convecție și se răcește la tropopauză , care are o temperatură de aproximativ 200 K. În acest caz, un rol important îl joacă tranzițiile de fază ale apei. Evaporarea are loc la suprafața oceanului. Aerul cald, în creștere, se extinde și se răcește pe măsură ce crește. La atingerea punctului de rouă, vaporii de apă se condensează pentru a forma nori și precipitații. Eliberarea de căldură latentă în timpul condensului asigură un aflux de energie care menține energia mecanică a uraganului.
Condițiile termice din stratul limită al atmosferei au un impact semnificativ asupra dinamicii acesteia și sunt cauza variabilității sale temporale și spațiale. Modelele teoretice care utilizează ecuația de căldură (ecuația de aflux de căldură), ecuația de stare a gazului ideal , ecuația de difuzie a vaporilor de apă stau la baza teoriei analizei proceselor care au loc în stratul limită [5] în mezometeorologie [6] . Teoria (cel puțin calitativ) modelează fenomene precum cursul zilnic al parametrilor stării atmosferei, brize , influența eterogenității suprafeței subiacente , efecte orografice ( vânturi de munte-vale, vânturi glaciare , vânturi locale : foehn , bora , etc.), neguri advective . Studiile efectului stratificării termice asupra debitelor turbulente sunt utilizate în modelarea numerică a procesului de dispersie a impurităților în atmosferă [7] .
| Ramuri ale fizicii atmosferice ( meteorologie ) | |
|---|---|