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是否应当(如何)建立大气的热力学方程?

已有 1950 次阅读 2022-7-7 10:34 |个人分类:气象|系统分类:观点评述

是否应当(如何)建立大气的热力学方程?

张学文2022 07 07

余高奇教授在 热力学过程能量传递形式探究https://blog.sciencenet.cn/blog-3474471-1345575.html  的博客中为我们指明了在分析化学反应过程时,需要考虑到的有关能量,做的功的类型、有关的概念与方程。这种分析显然在分析化学变化过程、物理相变等过程中具有基础意义,是化学计算的重要内容。

应当说我对化学热力学中的有关概念大致知道,但是把握不准确。而现在的问题是我们是否可以把这个热力学理论模型设法套用到大气的热力学过程中。或者说如何模仿它建立大气的对应热力学方程。而据我所知,气象学是分析了大气能量的各个分量,都是却没有一个总的方程。

我知道气象学对大气能量做了很多的分析。但是我感到气象学没有为大气列出类似化学那样的热力学过程的方程。也没有什么吉布斯自由能等概念。于是我在考虑,化学中的热力学思路、概念方程是否可以转移到气象学中?建立大气的热力学方程?

我觉得这个对比值得考虑,但是我不知道这是否真的有启发意义。

我目前认识到的化学反应过程与大气中的类似的能量环节有:

1.      都存在参与变化的热能项(大气的温度增加与减低可以做类似的计算)。我觉得用定压比热与温度变化量的乘积表示它们是妥当的。

2.      都存在体能,它以大气物质的对应压力与体积的乘积计量Pdv

3.      大气中没有化学变化,所以有关化学变化过程引起的自由能可以不考虑(?)

4.      大气存在于不同高度上,而且其位能的变化与气温的变化有关系。所以应当考虑大气的位能项(做自由能处理?!)

5.      太阳能、下垫面、大气本身的热辐射都是难处理的项目。

6.      化学公式是仅考虑一个闭合空间中的化学或者物相变化中的能量关系。而大气能量问题需要考虑不同地点的不同情况下的不同能量的转化问题。

7.     

由于以上情况,要把化学中的自由能等概念引入大气能量分析,建立大气总的能量方程去体现大气变化,可能是困难的…也许还需要提炼另外的,又类似的概念,再引出有关的公式。

 

是否应当(如何)建立大气的热力学方程?




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