Thermodynamique atmosphérique
L'application des lois de la thermodynamique à l'air, régissant la température, la pression, l'humidité et l'énergie des mouvements verticaux.
Definition
La thermodynamique atmosphérique est la branche de la physique atmosphérique qui applique les lois de la thermodynamique à l'air et à la vapeur d'eau pour décrire leur état, leur énergie et leurs transformations de phase.
Scope
Ce domaine couvre le comportement thermodynamique de l'air sec et humide : les lois des gaz et l'équilibre hydrostatique, la première loi appliquée aux parcelles ascendantes et descendantes, les processus adiabatiques et les gradients thermiques, la thermodynamique des changements de phase de l'eau, la stabilité statique et l'énergétique de la convection, ainsi que les diagrammes thermodynamiques graphiques utilisés pour analyser les sondages atmosphériques.
Sub-topics
Core questions
- Comment une parcelle d'air ascendante se refroidit-elle, et comment l'humidité modifie-t-elle ce taux ?
- Qu'est-ce qui détermine si l'atmosphère résiste ou favorise le mouvement vertical ?
- Comment l'énergie disponible pour la convection est-elle diagnostiquée à partir d'un profil de température et d'humidité ?
Key theories
- Première loi appliquée aux parcelles d'air
- Traiter une parcelle d'air comme un système thermodynamique relie ses changements de température au travail effectué pendant l'expansion et à la chaleur latente libérée par la condensation, produisant ainsi les gradients thermiques adiabatiques secs et humides.
- Théorie de la stabilité des parcelles
- La comparaison de la température d'une parcelle déplacée avec celle de son environnement détermine la flottabilité et, par conséquent, la stabilité statique, base du diagnostic de la convection.
Mechanisms
L'air obéit étroitement à la loi des gaz parfaits, et sa structure de pression verticale suit l'équilibre hydrostatique. Lorsqu'une parcelle s'élève, elle se dilate et se refroidit au taux adiabatique sec d'environ 9,8 degrés Celsius par kilomètre jusqu'à saturation, après quoi la libération de chaleur latente réduit le refroidissement au taux adiabatique humide. La différence entre la température d'une parcelle et celle de son environnement détermine sa flottabilité, contrôlant si les déplacements verticaux sont amortis ou amplifiés.
Clinical relevance
Le raisonnement thermodynamique sous-tend la prévision des orages et de la convection sévère, la construction de la physique des modèles et l'interprétation des sondages par radiosonde.
History
La thermodynamique atmosphérique a mûri à la fin du XIXe et au début du XXe siècle, lorsque Hertz, von Bezold et Normand ont appliqué la thermodynamique classique à l'air humide, produisant le diagramme adiabatique et le concept de température potentielle équivalente, toujours essentiels à l'analyse convective.
Key figures
- Craig Bohren
- Julio Iribarne
Related topics
Seminal works
- bohren1998
- iribarne1981
Frequently asked questions
- Pourquoi l'air ascendant se refroidit-il même sans perdre de chaleur dans son environnement ?
- Une parcelle ascendante se dilate contre une pression ambiante plus faible, effectuant un travail et convertissant l'énergie interne en travail, de sorte que sa température diminue adiabatiquement même sans échange de chaleur.