الديناميكا الحرارية للغلاف الجوي
تطبيق قوانين الديناميكا الحرارية على الهواء، والتي تحكم درجة الحرارة والضغط والرطوبة وطاقة الحركات الرأسية.
Definition
الديناميكا الحرارية للغلاف الجوي هي فرع من فيزياء الغلاف الجوي يطبق قوانين الديناميكا الحرارية على الهواء وبخار الماء لوصف حالتهما وطاقتهما وتحولات الطور.
Scope
يغطي هذا المجال السلوك الديناميكي الحراري للهواء الجاف والرطب: قوانين الغازات والتوازن الهيدروستاتيكي، القانون الأول المطبق على الكتل الهوائية الصاعدة والهابطة، العمليات الكظمية ومعدلات التناقص، الديناميكا الحرارية لتغيرات طور الماء، الاستقرار الساكن وطاقة الحمل الحراري، والرسوم البيانية الديناميكية الحرارية المستخدمة لتحليل سبر الغلاف الجوي.
Sub-topics
Core questions
- كيف تبرد كتلة الهواء الصاعدة، وكيف تغير الرطوبة هذا المعدل؟
- ما الذي يحدد ما إذا كان الغلاف الجوي يقاوم الحركة الرأسية أم يفضلها؟
- كيف يتم تشخيص الطاقة المتاحة للحمل الحراري من ملف تعريف درجة الحرارة والرطوبة؟
Key theories
- القانون الأول المطبق على الكتل الهوائية
- معاملة الكتلة الهوائية كنظام ديناميكي حراري تربط تغيرات درجة حرارتها بالعمل المنجز أثناء التمدد وبالحرارة الكامنة المنبعثة من التكثف، مما ينتج عنه معدلات التناقص الكظمية الجافة والرطبة.
- نظرية الكتلة الهوائية للاستقرار
- مقارنة درجة حرارة كتلة هوائية مزاحة ببيئتها تحدد الطفو وبالتالي الاستقرار الساكن، وهو الأساس لتشخيص الحمل الحراري.
Mechanisms
يتبع الهواء بشكل وثيق قانون الغاز المثالي، ويتبع هيكله الضغطي الرأسي التوازن الهيدروستاتيكي. عندما ترتفع كتلة هوائية، فإنها تتمدد وتبرد بمعدل كظمي جاف يبلغ حوالي 9.8 درجة مئوية لكل كيلومتر حتى التشبع، وبعد ذلك يقلل إطلاق الحرارة الكامنة التبريد إلى المعدل الكظمي الرطب. يحدد الفرق بين درجة حرارة الكتلة الهوائية ودرجة حرارة محيطها طفوها، مما يتحكم فيما إذا كانت الإزاحات الرأسية مخمدة أم مكبرة.
Clinical relevance
يُعد الاستدلال الديناميكي الحراري أساسًا للتنبؤ بالعواصف الرعدية والحمل الحراري الشديد، وبناء فيزياء النماذج، وتفسير سبر الراديوسوند.
History
نضجت الديناميكا الحرارية للغلاف الجوي في أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين عندما طبق هرتز وفون بيزولد ونورماند الديناميكا الحرارية الكلاسيكية على الهواء الرطب، مما أدى إلى إنتاج الرسم البياني الكظمي ومفهوم درجة الحرارة الكامنة المكافئة التي لا تزال محورية في تحليل الحمل الحراري.
Key figures
- Craig Bohren
- Julio Iribarne
Related topics
Seminal works
- bohren1998
- iribarne1981
Frequently asked questions
- لماذا يبرد الهواء الصاعد حتى بدون فقدان الحرارة لمحيطه؟
- تتمدد الكتلة الهوائية الصاعدة ضد ضغط محيط أقل، فتقوم بعمل وتحول الطاقة الداخلية إلى عمل، لذا تنخفض درجة حرارتها كظميًا حتى بدون تبادل حراري.