Atmosfærisk termodynamikk

Frå Wikipedia – det frie oppslagsverket

Atmosfærisk termodynamikk er studiet av varme- og energitransformasjonar i ein atmosfære. Her følg ein dei same lovene som i klassisk termodynamikk, og desse kan brukast til å skildre fenomen som vassdampinnhaldet i lufta, skydanning, atmosfærisk konveksjon, grenselagsmeteorologi og vertikal stabilitet i atmosfæren. Vêrvarslarar kan bruke termodynamiske diagram til å varsle utviklinga av lågtrykk. Atmosfærisk termodynamikk dannar grunnlaget for parameterisering av mikrofysikk i skyer og konveksjon i numeriske vêrmodellar, og blir òg brukt i klimamodellar.

[endre] Oversikt

Atmosfæriske termodynamikk fokuserar på vatn og transformasjon av dette, og inkluderar lova for energikonservering, den ideelle gasslova, spesifikk varmekapasitet og adiabatiske prosessar. Dei fleste gassane i troposfæren blir handsama som ideelle gassar, og vassdamp er rekna for å vere den viktigaste av dei.

I tillegg omhandlar faget faseovergongane til vatn, homogene og inhomogene kjerner for skydanning og rolla overmetting spelar i danninga av iskrystallar og skydropar. Ein brukar forskjellige typar temperatur, som ekvivalent potensiell temperatur, wet-bulb og virtuell temperatur, innafor skyfysikk og til å estimere vassdampinnhald. Andre område som er knytta til atmosfærisk termodynamikk er transport av energi, momentum og masse, turbulens, konveksjon, dynamikk i tropiske syklonar og storskala rørsler i atmosfæren.

Den store og viktige rolla atmosfærisk termodynamikk har er uttrykt i dei adiabatiske og diabatiske kreftene som virkar på ein luftpakke i dei primitive likningane. Desse likningane dannar grunnlaget for numerisk vêrvarsling og klimavarsling.

[endre] Historie

Tidleg på 1800-talet arbeida termodynamikarar som Sadi Carnot, Rudolf Clausius og Emile Clapeyron med å utvikle matematiske modellar som skildra dynamikken i væsker og gassar i samband med forbrenning og trykksyklusar i atmosfæriske dampmaskinar. Eit døme er Clausius-Clapeyron likninga. I 1873 publiserte termodynamikaren Willard Gibbs «Graphical Methods in the Thermodynamics of Fluids».

Dette danna grunnlaget for teorien bak atmosfærisk termodynamikk, og dei første artiklane om temaet dukka på på 1860-talet og omhandla emne som tørr- og fuktigadiabatiske prosessar. I 1884 laga Heinrich Hertz det første atmosfæriske termodynamiske diagrammet (emagram). Pseudo-adiabatiske prosessar blei først nemnd av von Bezold som skildra luft som blir heva, utvidar seg, blir avkjølt og til slutt dannar nedbør. I 1888 publiserte han arbeidet sitt «Om termodynamikken i atmosfæren»

I 1911 publiserte Alfred Wegener boka «Thermodynamik der Atmosphare», og frå dette tidspunktet utvikla den atmosfæriske termodynamikken seg til å bli ei eiga grein innan vitskapen. I dag er atmosfærisk termodynamikk ein svært viktig del av vêrvarsling.

[endre] Hendingar

1751 Charles Le Roy oppdaga doggpunkttemperaturen som det punktet der luft blir metta.
1782 Jacques Charles laga hydrogenballongar og målte temperatur og trykk i Paris.
1784 Oppdaginga av at temperaturen endrar seg med høgda.
1801-1803 John Dalton utviklar sine lover for trykk i damp.
1804 Joseph Luis Guy-Lussac studerte vêret ved hjelp av ballongar.
1805 Pierre Simon Laplace utvikla si lov om at trykket varierar med høgda.
1841 James Pollard Espy publiserte ein artikkel om konveksjon som ei energikjelde for syklonar.
1889 Herman von Helmholtz og John William von Bezold bruker konseptet potensiell temperatur, von Bezold bruker adiabatisk temperaturendring og pseudoadiabat.
1893 Richard Asman konstruerer den første sonden for å måle trykk, temperatur og fukt.
1894 John Wilhelm von Bezold bruker utrykket ekvivalent temperatur.
1926 Sir Napier Shaw introduserer tepigrammet.
1933 Tor Bergeron publiserer ein artikkel om «Skyfysikk og Nedbør».
1946 Vincent J. Schaeffer og Irving Langmuir gjorde dei første forsøka med å så skyer for å skape nedbør.
1986 K. Emanuel viser tropiske syklonar som ein Carnot varmemotor.

[endre] Sjå òg

Termodynamikk
Biologisk termodynamikk
Termodynamikk i svarte hol
Kjemisk termodynamikk
Skyfysikk
Likevektstermodynamikk
Statistisk termodynamikk
Termoøkonomi

[endre] Referansar

Hertz, H., 1884, Graphische Methode zur Bestimmung der adiabatischen Zustandsanderungen feuchter Luft. Meteor Ztschr, vol. 1, pp. 421-431. English translation by Abbe, C. - The mechanics of the earth's atmsphere. Smithsonian Miscellaneous Collections, 843, 1893, 198-211
Zur Thermodynamik der Atmosphäre. Pts. I, II. Sitz. K. Preuss. Akad. Wissensch. Berlin, pp. 485-522, 1189-1206; Gesammelte Abhandlugen, pp. 91-144. English translation Abbe, C. The mechanics of the earth's atmosphere. Smithsonian Miscellaneous Collections, no 843, 1893, 212-242.
Emanuel, K. A. Annual Review of Fluid Mechanics, 23, 179-196 (1991)
Bohren, Craig, F. (1998). Atmospheric Thermodynamics. Oxford University Press. ISBN 0-19-509904-4.
Curry, J.A. and P.J. Webster, 1999, Thermodynamics of Atmospheres and Oceans. Academic Press, London, 467 pp (textbook for graduates)
Dufour, L. et, Van Mieghem, J. - Thermodynamique de l'Atmosphère, Institut Royal Meteorologique de Belgique, 1975. 278 pp (theoretical approach). First edition of this book - 1947.
Emanuel, K.A.(1994): Atmospheric Convection, Oxford University Press. ISBN 0-19-506630-8 (thermodynamics of tropical cyclones).
Iribarne, J.V. and Godson, W.L., Atmospheric thermodynamics, Dordrecht, Boston, Reidel (basic textbook).
Tsonis, Anastoasios, A.; (2002). An Introduction to Atmospheric Thermodynamics. Cambridge University Press. ISBN 0-521-79676-8.
von Alfred Wegener, Thermodynamik der Atmosphare, Leipzig, J. A. Barth, 1911, 331pp.
Wilford Zdunkowski, Thermodynamics of the atmosphere: a course in theoretical meteorology, Cambridge, Cambridge University Press, 2004.