前言
热力学过程固有的大气和海洋。风和洋流欠他们的存在的热力学不平衡出现的微分加热地球表面的阳光和空气。地球上的热力学过程尤其有趣和具有挑战性的,因为其气候的距离raybet雷竞技最新水的三相点。的变化阶段的水在大气中导致云的形成和降水。与阶段的变化有关释放的潜热大气辐射传输和修改。冻结和融化的海水在高纬度地区影响深刻的辐射交换,明智的,潜热在大气和海洋之间。占热量交换在大气和海洋大气和海洋之间的(和)是至关重要的在海洋的任何预测模型和/或气氛。热力学反馈过程在大气和海洋对理解至关重要的整体稳定地球的气候和气候变化。raybet雷竞技最新
通常情况下,大气热力学接受不超过一个或两个章节在动力气象学的教科书,大气物理学,或云物理。两个现代教科书已经完全献给大气热力学方面:大气热力学和Iribarne的教子和大气热力学Bohren和阿尔布雷特。海洋的热力学接收少强调在海洋学文本,虽然这个问题收到更多实质性的治疗在一些化学海洋学文本。海冰是几乎没有提及任何现代海洋学教科书。目前文本扩展大气和海洋的主题热力学大大超出了这些治疗方法之前,整合治疗热力学的大气,海洋,和冰冻圈。
这本书由吉尔动力学硕士首次提出一个统一的治疗的大规模的大气和海洋动力学。以同样的精神,热力学的大气层和海洋提供了一个系统和统一的大气和海洋的热力学方法和建立这些学科之间的相互关系。有平民的大气和海洋之间的许多重要的热力学过程,同时考虑热力学的大气和海洋丰富了我们的理解。一个令人信服的理由对大气和海洋的统一治疗热力学海气相互作用的重要性的话题从恶劣天气的预测(例如,飓风)理解气候变化在年际时间尺度从千禧和更长时间。raybet雷竞技最新写这段文字的主要动力来自我们的参与在过去的几十年世界气候研究raybet雷竞技最新计划和相关的美国项目,需要一个统一的治疗过程的能源和水交换在大气中,海洋和冰冻圈,在一个广泛的时间尺度。
热力学的大气层和海洋已经从课程相同的标题,科罗拉多大学的教授自1993年以来,在一个类研究生和高级本科生。这本书的目的是作为文本研究生入门课程的学生在大气科学和/或海洋。文本针对不同背景的学生在物理、化学、数学或工程。大学生在高层有相似的背景也应该觉得这是一个合适的文本。研究人员将发现这本书很有用,不仅大气热力学系统的治疗,海洋和冰冻圈,还因为许多图表和公式和附件中的表。
第一部分文本的经典热力学的基本概念。统计热力学提出了启发式的方式发展概念的理解各种热力学状态函数和过程。主题的选择是关注于建立特定的热力学基础应用程序处理后续章节。在第一章中,成分和垂直的热力学大气的结构和海洋。状态方程的大气和海洋开发,包括引力场中的状态。第二章回顾了热力学第一和第二定律,包括应用理想气体。第3章介绍了热力学时间和换热过程。第四章着重于水的热力学,包括相平衡。水的物理化学解决方案描述,与特定应用程序理解海水和海冰的依数性。的成核和增长扩散凝聚在第五章描述阶段,云粒子和海冰与特定的应用程序。
第二部分地址应用程序开发的基本概念在第一部分具体过程在大气和海洋,包括云的形成,在海洋温盐过程和传热的海冰。例子是提供两个区域代表地球的热力学极限,特别是热带海洋“暖池”和北冰洋。第六章描述了潮湿的大气过程和第八章有关云的物理特性对这些流程。第七章解决了静力学和稳定的大气和海洋,而第九章介绍了空气/海相互作用在海洋表面的上下文浮力通量。第十章描述了相关的热力学过程的年度周期增长和海冰的消融和热力学的季节性积雪和冰川冰。第十一章热力学和静力学的概念适用于海洋温盐的过程。
第三部分地址热力学的角色在全球气候和行星大气层。raybet雷竞技最新热力学与辐射传输的接口,介绍了大规模动态。第十二章提供了一个全局视图的大气和海洋热力学,包括全球范围内的热量传输和水文循环在全球海洋和大气。第十三章第二部分的应用扩展到解决热力学反馈在气候系统中,包括那些涉及云、雪和海冰海洋温盐环流。raybet雷竞技最新应用热力学在第14章提出了行星的大气层,地球提供更广阔的视角和上下文热力学性质和过程。
笔记在每一章列举一些相关的书籍和评论文章,为读者提供进一步研究的出发点。个人引用只在文本引用特定的数据,我们使用在图和表中,我们已获得版权许可复制数据,和公式或经验关系不容易源自原则在最近的文本或相对,而不是常用的。没有一直在尝试提供一个全面的参考书目。
问题的最后一章被设计用来执行每一章中所开发的原则以及延长学生的升值的主题。从实际问题教学在自然界中,从简单的挑战。是最好的数值求解的一些问题,虽然这些问题是不显示在文本中,因为我们相信研究生需要实际经验确定最好的方法来解决问题。选择问题提供的答案后的附录。
表示强调的上下文中理解基本的物理和化学原理,同时提供有用的工具练习科学家或工程师。因此,治疗方法是演绎以及描述性。优雅正式派生牺牲支持发展中简单的概念模型,包括许多原理图。热力学的数学,尤其是差异和写在下面的部分差异,是笨重的,没有相当大的争论的主题。因为麦克斯韦关系的复杂的应用程序,尤其是在海洋的环境中,为了清晰我们不使简化传统数学和一些作者提出的符号。大气和海洋科学相结合提供了一个巨大的挑战设计一个符号系统。这两个领域经常使用不同的符号相同的变量,或相同的符号不同的变量。我们每一个试图开发一个逻辑符号方案,与每一个字段和nonduplicative一致。不幸的是没有足够的信件和字体完全满足这两个要求。附录A详细描述了符号。
学生谁已经大气和海洋的过程热力学在科罗拉多大学采取了之前在热力学(例如,工程热力学、统计热力学、物理化学)。因为学生之前的热力学背景,我们已经能够覆盖一个学期所有的课程材料在+ 12.1节第一部分和第二部分,第三部分选择一章。因为许多大气科学部门教大气热力学的本科或研究生课程的学生没有以前的热力学背景,这本书已被设计成,它还可用于此类课程。本科学期课程大气热力学可能包括章1、2、3、4、6和7,消除部分1.2,1.8,1.9,2.11和4.6,地址在海洋学特定主题。因此有相当大的空间灵活性作为文本的使用这本书。
朱迪斯·a .咖喱彼得·j·韦伯斯特
1998年8月,科罗拉多州博尔德
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