Θερμοδυναμική του αέρα

Παραδοχές για την ατμόσφαιρα Ανάμεσα στη θερμοδυναμική του ατμοσφαιρικού αέρα και των ιδανικών αερίων δεν υπάρχουν ουσιαστικές διαφορές. Κατά την αλλαγή κατάστασης του νερού, εκλύονται ή απορροφούνται μεγάλα ποσά θερμότητας. Υπό τις γνωστές μετεωρολογικές συνθήκες, ο υγρός αέρας μπορεί να θεωρηθεί ως ιδανικό αέριο.

Καταστατική εξίσωση ξηρού αέρα

Καταστατική εξίσωση υγρού αέρα Όσο πιο υγρός γίνεται ο αέρας, τόσο ελαφρύτερος γίνεται ώστε να ευνοούνται οι ανοδικές του κινήσεις.

Μοριακό βάρος (kg mol -1 ) Ειδική σταθερά αερίων (J kg -1 K -1 ) Ξηρός αέρας Υγρός αέρας

Συμβατική θερμοκρασία (Virtual Temperature-T v ) Να βρείτε τη σχέση που συνδέει τα Τ V και Τ.

Έργο και θερμότητα στην ατμόσφαιρα Διαβατικές μεταβολές Αδιαβατικές μεταβολές –Ξηρή αδιαβατική (αναφέρεται σε ξηρό αέρα) –Υγρή αδιαβατική (αναφέρεται σε υγρό αέρα)

Το 1 ο θερμοδυναμικό αξίωμα dq=du+dw Θερμότητα που προσφέρεται στις διαβατικές διαδικασίες Αλλαγή στην εσωτερική ενέργεια Έργο που παράγεται από το αέριο

(1) (2) (1) μέσω της (2): Ισοδύναμη σχέση του 1 ου θ.ν.

Στην ατμόσφαιρα έχουμε τις εξής ισορροπίες: Ευσταθής Ασταθής Ουδέτερη

Πιο ‘ωραία’ η αστάθεια! Δυναμική αστάθεια (potential instability) –αστάθεια κινούμενων ατμοσφαιρικών στρωμάτων –κυρίως για οριζόντιες κινήσεις –εκδηλώνεται με ενίσχυση ή εξασθένιση κυματοειδών διαταραχών τμημάτων του ρευστού από την βασική τους ροή (Kelvin-Helmholtz waves)Kelvin-Helmholtz waves

Στατική αστάθεια (static instability) –κατακόρυφες κινήσεις του αέρα μέσα στην ατμόσφαιρα

Για την εκτίμησης της κατάστασης της ατμόσφαιρας υπάρχουν 3 παράγοντες: –κατακόρυφη θερμοβαθμίδακατακόρυφη θερμοβαθμίδα –μελέτη θερμοδυναμικών διαγραμμάτων –κατάλληλοι εμπειρικοί δείκτες

γ d : αδιαβατική θερμοβαθμίδα ξηρού αέρα γ : πραγματική θερμοβαθμίδα ατμόσφαιρας γ m : αδιαβατική θερμοβαθμίδα υγρού αέρα γ s : αδιαβατική θερμοβαθμίδα κορεσμένου υγρού αέρα

Το προηγούμενο αποτέλεσμα είναι μια από τις βασικότερες αρχές της μετεωρολογίας: z T A B C D Τι θα συμβεί σε μια αέρια μάζα που ξεκινάει από το Α, ελαφρώς πιο θερμή από τον γύρω αέρα (περιβάλλον της); Α  Β Α  C A  D

Επομένως Όσο πιο καλά ‘ανακατεμένος’ είναι ο αέρας, τόσο πιο κοντά στην ουδέτερη ατμόσφαιρα θα βρισκόμαστε.

Για την εκτίμησης της κατάστασης της ατμόσφαιρας υπάρχουν 3 παράγοντες: –κατακόρυφη θερμοβαθμίδα –μελέτη θερμοδυναμικών διαγραμμάτων (ενεργειακά)μελέτη θερμοδυναμικών διαγραμμάτων (ενεργειακά) –κατάλληλοι εμπειρικοί δείκτες

Η ενέργεια σαν μέτρο ελέγχου της ισορροπίας στην ατμόσφαιρα Θα αποδείξουμε στις ασκήσεις ότι υπολογίζοντας το έργο που παράγεται κατά τις ανοδικές και καθοδικές κινήσεις, μπορούμε να εξετάσουμε την ισορροπία στην ατμόσφαιρα.