Атмосфера термодинамикасы

Атмосфералық термодинамика – классикалық термодинамиканың негізгі заңдарына сүйене отырып, Жер атмосферасында жылуды жұмысқа (және керісінше) айналдыру мен тасымалдау процестерін, сондай-ақ ауа райы құбылыстарының немесе климаттың физикасын зерттейтін атмосфералық физиканың саласы. Бұл саладағы зерттеулер атмосфералық турбуленттілік пен конвекцияның, планеталық шекаралық қабаттың динамикасы мен оның тік тұрақтылығының қасиеттерін түсіну үшін аса маңызды. Атмосфералық термодинамика бұлттар ішіндегі процестерді модельдеудің негізін құрайды және атмосфералық динамика, ауа райын болжау мен климат теориясының сандық модельдерінде конвекцияны параметрлеуде қолданылады. Термодинамикалық диаграммалар дауылдың дамуын болжау құралы ретінде қолданылады. Атмосфералық термодинамика динамикалық метеорология курсының бір бөлігін құрайды.

## Тарихы

* 1782 жылы Шарль сутегімен толтырылған шар ойлап тауып, оны Париж үстіндегі атмосферада температура мен қысымды өлшеу үшін қолданды. Ол Шарль заңын ашты.
* 1801 жылы Далтон өзінің атымен аталған жартылай қысымдардың қосындысы заңын ашты.
* 1805 жылы Лаплас биіктікке байланысты қысымның өзгеру заңын анықтады.
* 1823 жылы Пуассон адиабатикалық үрдісте температураның өзгеруі мен қысымның өзгеруі арасындағы байланысты көрсететін, өзінің атымен аталған теңдеуді тұжырымдады.
* 1841 жылы Джеймс Поллард Эспи циклон энергиясын сақтауда буланудың жасырын жылуының маңызды рөлін анықтап, фённің түзілу теориясын ұсынды.
* 1860 жылы Томсон ылғалды адиабатикалық процесс теориясын ұсынды.
* 1884 жылы Герц алғашқы аэрологиялық диаграмманы (эмаграмма) ұсынды.
* 1888 жылы Безольд атмосфераның термодинамикасына арналған алғашқы монографияны жариялады, осылайша физиканың осы саласын алғаш рет дербес зерттеу пәні ретінде анықтады.
* 1889 жылы Гельмгольц пен Бецолд потенциалдық температура ұғымын енгізді.
* 1893 жылы Асман температураны, қысымды және ылғалдылықты өлшеуге қабілетті алғашқы радиозондты жасады.
* 1930 жылы Молочанов әлемдегі алғашқы радиозондты ұшырды.

## Хэдли жасушасының термодинамикасы
alt=Тропикалық атмосферадағы ылғалды конвекция|нобай|Тропикалық атмосферадағы ылғалды конвекция
Хэдли жасушасындағы физикалық процестерді атмосфералық жылу қозғалтқышының нәтижесі ретінде қарастыруға болады. Жасуша ішіндегі айналым экваторлық аймақта жылы, ылғалды ауаның көтерілуінен, одан кейін оны субтропиктерде салқындатып, төмен түсуінен пайда болады. 1979-2010 жылдар аралығындағы мұндай жылу қозғалтқышының термодинамикалық тиімділігін бағалау оның шамамен тұрақты екенін, орташа есеппен 2,6 %-ды құрайтынын көрсетті. Осы уақытта Хэдли жасушасының өндірген қуаты сол кезеңде жылына орта есеппен 0,54 ТВт-қа өсті, бұл тропикалық теңіздердің беткі температурасының өзгеру тенденциясының нәтижесі болды.

## Тропикалық циклонның термодинамикасы
Термодинамикалық процестер тропикалық циклонның (дауылдың) дамуында шешуші рөл атқарады. Әдетте дауылдың дамуы атмосфералық жылу қозғалтқышының нәтижесі ретінде қарастырылады, онда ауа мұхит бетімен (шамамен 300 К) жылу алмасу арқылы қызады, конвекция нәтижесінде көтеріледі және тропопаузада (шамамен 200 К) салқындайды. Судың фазалық өтулері осы үрдісте маңызды рөл атқарады. Мұхит бетінде қарқынды булану жүреді. Жылы, көтеріле жатқан ауа көтерілген сайын кеңейіп, суытады. Тұман нүктесіне жеткенде су буы конденсацияланып, бұлттар мен қатты жаңбыр түзеді. Конденсация кезінде жасырын жылудың бөлінуі ураганның кинетикалық энергиясын сақтауға қажетті энергия ағынын қамтамасыз етеді.

## Шекаралық қабаттың термодинамикасы
Атмосфераның шекаралық қабатындағы жылулық жағдайлар оның динамикасына елеулі әсер етеді және оның уақыттық және кеңістіктік өзгергіштігінің себебі болып табылады. Жылу өткізгіштік теңдеуін (жылу ағыны теңдеуі), идеал газдың күй теңдеуін және су буы диффузия теңдеуін пайдаланатын теориялық модельдер шекаралық қабатта және мезометеорологияда жүретін процестер теориясының негізін құрайды. Теория (кемінде сапалық тұрғыдан) атмосфералық күй параметрлерінің тәуліктік өзгерісі, бриздер, беткі гетерогенділіктің әсері, орографиялық әсерлер (таулы-аңғар желі, мұздық желі, жергілікті желілер: фоэhn, бора және т.б.), сондай-ақ адвекциялық тұман сияқты құбылыстарды модельдейді. Термиялық стратификацияның турбулентті ағымдарға әсерін зерттеу әдістері атмосферадағы ластаушы заттардың таралуын сандық модельдеуде де қолданылады.

## Әдебиеттер

* Вегенер А. Термодинамика атмосферы. ОНТИ.—1935.—275 с.
* Славин И. А. Термодинамика гроз. Л.: ЛВИКА им. А. Ф. Можайского.—1969.—318 с.
* Доронин Ю. П. Основы термодинамики атмосферы и океана. Л.: ЛГМИ.—1973.—92 с.
* Лоренц Э. Н. Природа и теория общей циркуляции атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат.—1979.
* Кригель А. М. Вопросы термодинамики турбулентной конвекции. // Журнал Технической Физики.—2016.—86.—Вып.11.—С.136—139.

## Дереккөздер

# Термодинамика      атмосферы — Метеорологический словарь. Дата обращения: 13      ноября 2016. Архивировано 14      ноября 2016 года.
# *Hertz, H.* Graphische      Methode zur Bestimmung der adiabatischen Zustandsanderungen feuchter      Luft.// Meteor. Ztschr., 1884, Vol. 1, pp. 421—431. English translation      by Abbe, C. — The mechanics of the earth’s atmosphere // Smithsonian      Miscellaneous Collections, 1893, 843, pp. 198—211
# *Bezold W. von* Zur      Thermodynamik der Atmosphäre. Pts. I, II. Sitz. K. Preuss. Akad.      Wissensch. Berlin, 1888, 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.
# *Junling Huang;      Michael B. McElroy.* Contributions of the Hadley      and Ferrel Circulations to the Energetics of the Atmosphere over the Past      32 Years (англ.) // Journal of Climate[англ.] : journal. — 2014. — Vol. 27, no.      7. — P. 2656—2666. — doi:10.1175/jcli-d-13-00538.1. — Bibcode:2014JCli...27.2656H. Архивировано 30 марта      2015 года.
# *Лайхтман Д. Л.* Физика пограничного слоя      атмосферы. Л.: Гидрометеорологическое издательство.—1970.—342 с.
# *Гутман Л. Н.* Введение в нелинейную теорию      мезометеорологических процессов. Л.: Гидрометеорологическое      издательство.—1969.—293 с.
# *Берлянд М. Е.* Современные проблемы атмосферной      диффузии и загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометеорологическое      издательство.—1975.—448 с.