Atmosférická termodynamika je část fyziky atmosféry věnovaná studiu procesů přenosu a přeměny tepla na práci (a naopak) v zemské atmosféře v souvislosti se studiem fyziky povětrnostních jevů nebo klimatu na základě základních zákonů. klasické termodynamiky [1] . Výzkum v této oblasti je nezbytný pro pochopení vlastností atmosférické turbulence , konvekce , dynamiky planetární mezní vrstvy a její vertikální stability. Atmosférická termodynamika slouží jako základ pro modelování procesů v oblacích, se používá k parametrizaci konvekce v numerických modelech dynamiky atmosféry, předpovědi počasí a teorii klimatu. Termodynamické diagramy se používají jako nástroj pro předpověď vývoje bouře. Nedílnou součástí kurzu dynamické meteorologie je atmosférická termodynamika .
Fyzikální procesy v Hadleyově článku lze považovat za výsledek činnosti atmosférického tepelného motoru . Cirkulace v buňce je důsledkem vzestupu teplého a vlhkého vzduchu v rovníkové oblasti s jeho ochlazováním a klesáním v subtropech. Hodnocení termodynamické účinnosti takového tepelného motoru v období 1979 až 2010 [4] vyšlo přibližně konstantní, v průměru 2,6 %. Zatímco výkon generovaný Hadleyovým článkem se za stejné období zvýšil v průměru o 0,54 TW za rok, což bylo důsledkem pozorovaného trendu teplot na povrchu tropického moře.
Rozhodující roli ve vývoji tropického cyklónu (hurikánu) hrají termodynamické procesy. Obvykle je vývoj hurikánu prezentován jako výsledek práce atmosférického tepelného motoru, ve kterém se vzduch ohřívá výměnou tepla s hladinou oceánu, který má teplotu asi 300 K, stoupá v důsledku konvekcí a ochlazuje se v tropopauze , která má teplotu asi 200 K. V tomto případě hrají důležitou roli fázové přechody vody. K odpařování dochází na hladině oceánu. Teplý stoupající vzduch se při stoupání rozpíná a ochlazuje. Po dosažení rosného bodu vodní pára kondenzuje a tvoří mraky a srážky. Uvolnění latentního tepla během kondenzace zajišťuje příliv energie, která udržuje mechanickou energii hurikánu.
Tepelné poměry v mezní vrstvě atmosféry mají významný vliv na její dynamiku a jsou příčinou její časové a prostorové proměnlivosti. Teoretické modely využívající rovnici tepla (rovnici tepelného toku), stavovou rovnici ideálního plynu , rovnici difúze vodní páry jsou základem teorie analýzy procesů probíhajících v mezní vrstvě [5] v mesometeorologii [6] . Teorie (alespoň kvalitativně) modeluje takové jevy, jako je denní chod parametrů stavu atmosféry, vánek , vliv heterogenity podložního povrchu , orografické efekty ( horsko-údolní větry , ledovcové větry , lokální větry : foehn , bora , atd.), advektivní mlhy . Studie vlivu tepelné stratifikace na turbulentní proudění se využívají při numerickém modelování procesu rozptylu nečistot v atmosféře [7] .
| Odvětví fyziky atmosféry ( meteorologie ) | |
|---|---|