Termodinamika Atmosfer

Penerapan hukum termodinamika pada udara, yang mengatur suhu, tekanan, kelembapan, dan energi gerakan vertikal.

Definition

Termodinamika atmosfer adalah cabang fisika atmosfer yang menerapkan hukum termodinamika pada udara dan uap air untuk menjelaskan keadaan, energi, dan transformasi fasanya.

Scope

Bidang ini mencakup perilaku termodinamika udara kering dan lembap: hukum gas dan keseimbangan hidrostatik, hukum pertama yang diterapkan pada parsel udara yang naik dan turun, proses adiabatik dan laju penurunan suhu, termodinamika perubahan fasa air, stabilitas statis dan energetika konveksi, serta diagram termodinamika grafis yang digunakan untuk menganalisis sounding atmosfer.

Sub-topics

• Atmospheric Stability and Convection
• Moist and Dry Adiabatic Processes
• Thermodynamic Diagrams
• Water Vapour and Humidity

Core questions

• Bagaimana parsel udara yang naik mendingin, dan bagaimana kelembapan mengubah laju ini?
• Apa yang menentukan apakah atmosfer menahan atau mendukung gerakan vertikal?
• Bagaimana energi yang tersedia untuk konveksi didiagnosis dari profil suhu dan kelembapan?

Key theories

Hukum pertama yang diterapkan pada parsel udara

Memperlakukan parsel udara sebagai sistem termodinamika mengaitkan perubahan suhunya dengan kerja yang dilakukan selama ekspansi dan panas laten yang dilepaskan oleh kondensasi, menghasilkan laju penurunan suhu adiabatik kering dan lembap.

Teori parsel tentang stabilitas

Membandingkan suhu parsel udara yang berpindah dengan lingkungannya menentukan daya apung dan karenanya stabilitas statis, dasar untuk mendiagnosis konveksi.

Mechanisms

Udara umumnya mematuhi hukum gas ideal, dan struktur tekanan vertikalnya mengikuti keseimbangan hidrostatik. Saat parsel udara naik, ia mengembang dan mendingin pada laju adiabatik kering sekitar 9,8 derajat Celsius per kilometer hingga jenuh, setelah itu pelepasan panas laten mengurangi pendinginan menjadi laju adiabatik lembap. Perbedaan antara suhu parsel udara dan lingkungannya menentukan daya apungnya, yang mengontrol apakah perpindahan vertikal diredam atau diperkuat.

Clinical relevance

Penalaran termodinamika mendasari peramalan badai petir dan konveksi parah, pembangunan fisika model, dan interpretasi sounding radiosonde.

History

Termodinamika atmosfer berkembang pesat pada akhir abad kesembilan belas dan awal abad kedua puluh ketika Hertz, von Bezold, dan Normand menerapkan termodinamika klasik pada udara lembap, menghasilkan grafik adiabatik dan konsep suhu potensial ekuivalen yang masih menjadi pusat analisis konvektif.

Key figures

• Craig Bohren
• Julio Iribarne

Seminal works

• bohren1998
• iribarne1981

Frequently asked questions

Mengapa udara yang naik mendingin bahkan tanpa kehilangan panas ke lingkungannya?

Parsel udara yang naik mengembang melawan tekanan lingkungan yang lebih rendah, melakukan kerja dan mengubah energi internal menjadi kerja, sehingga suhunya turun secara adiabatik bahkan tanpa pertukaran panas.