非平衡态大气热力学的研究

摘要：

概括了建立非平衡态大气热力学的必要性和迫切性.并在考虑到大气系统是以湍涡为基本单元,具有气压梯度力、重力和Coriolis力的地球大气宏观体系的基础上,直接引入大气动力学方程组,建立了非平衡态大气热力学的熵平衡方程.使熵平衡方程能直接表达大气中发生的湍流粘性热输送、水汽输送、动量输送和水的三种相变等四类不可逆过程以及Newton力Fi驱动的气流输送动力可逆过程.利用Prigogine的最小熵源原理证明大气热力学平衡态就是没有任何湍流输送过程;没有任何水的相变过程;大气动力状态处于静力平衡和地转平衡;热力状态处于中性层结,等压面上温度均匀分布的热力学态.利用大气系统Gibbs关系得到开放系变态方程,它应包含系统变态过程中位温变化和动能变化以及水汽变化.经典大气热力学中的封闭系多元过程只是它的一种特殊情况.开放系大气水汽相变过程也应包括温度变化和动能变化以及水汽的汽、液和固态水比份变化.经典大气热力学中的湿绝热过程和假绝热膨胀过程也只是它的一种特殊情况.利用热力学流以平衡态作为参考态对热力学力作Taylor展开,可能是湍流闭合的一种新途径.它的优点是在不引入新的方程情况下达到闭合目的.所以新建立的大气热力系统熵平衡方程比理论热力学熵平衡方程能更好地描述大气热力系统发生的所有热力和动力过程.

关键词：非平衡态热力学、大气热力学、熵、大气热力学平衡态、湍流封闭

所属期刊栏目：18

分类号：P422.4(气象基本要素、大气现象)

资助基金：中国科学院资助项目49675249

在线出版日期：2004-01-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共15页

页码：306-320