stringtranslate.com

ТЭОС-10

TEOS-10 (термодинамическое уравнение морской воды - 2010) - международный стандарт для использования и расчета термодинамических свойств морской воды, влажного воздуха и льда. Он заменяет предыдущий стандарт EOS-80 (уравнение состояния морской воды 1980). [1] TEOS-10 используется океанографами и климатологами для расчета и моделирования свойств океанов, таких как теплосодержание, в международном сопоставимом виде.

История

TEOS-10 был разработан рабочей группой SCOR (Научный комитет по океаническим исследованиям)/ IAPSO (Международная ассоциация физических наук об океанах) 127 [2] под председательством Тревора Макдугалла . Он был одобрен в качестве официального описания термодинамических свойств морской воды, влажного воздуха и льда в 2009 году Межправительственной океанографической комиссией (МОК) [3] и в 2011 году Международным союзом геодезии и геофизики (МСГГ) [4] .

Физическая основа

TEOS-10 основан на термодинамических потенциалах . Жидкости, такие как влажный воздух и жидкая вода в TEOS-10, поэтому описываются энергией Гельмгольца F(m,T,V)=F(m,T,m/ρ) или удельной энергией Гельмгольца f(T,ρ)=F(m,T,m/ρ)/m . Энергия Гельмгольца имеет уникальное значение на границах фаз. [5] Для расчета термодинамических свойств морской воды и льда TEOS-10 использует удельный потенциал Гиббса g(T,P)=G/m, G=F+pV, поскольку давление является более легко измеряемым свойством, чем плотность в геофизическом контексте. Энергии Гиббса многозначны вокруг границ фаз и должны быть определены для каждой фазы отдельно. [6]

Функции термодинамического потенциала определяются набором регулируемых параметров, которые настраиваются для соответствия экспериментальным данным и теоретическим законам физики, таким как уравнение идеального газа . Поскольку абсолютная энергия и энтропия не могут быть измерены напрямую, произвольные опорные состояния для жидкой воды, морской воды и сухого воздуха в TEOS-10 определяются таким образом, что

Включены термодинамические свойства

Распределение аномалии абсолютной солености на уровне 2500 дбар (глубина около 2500 м), созданное с помощью набора океанографических инструментов GSW TEOS-10

TEOS-10 охватывает все термодинамические свойства жидкой воды, морской воды, льда, водяного пара и влажного воздуха в пределах их конкретных диапазонов применимости, а также их взаимно равновесные составные части, такие как морской лед или облачный (влажный и ледяной) воздух.

Кроме того, TEOS-10 охватывает производные свойства, например, потенциальную температуру и консервативную температуру , частоту плавучести , планетарную завихренность и геострофические функции тока Монтгомери и Каннингема . Полный список представленных свойств можно найти в руководстве TEOS-10.

Обработка солености была одним из новшеств в TEOS-10. Она определяет связь между референтной соленостью и практической соленостью, хлорностью или абсолютной соленостью и учитывает различные химические составы путем добавления региональной переменной 𝛿 S A (см. рисунок). [7] TEOS-10 действителен для Венского стандарта средней океанической воды , который учитывает различные изотопные составы водорода и кислорода в воде, которые влияют на тройную точку и, следовательно, фазовые переходы воды.

Пакеты программного обеспечения

TEOS-10 включает в себя Gibbs Seawater (GSW) Oceanographic Toolbox, который доступен как программное обеспечение с открытым исходным кодом в MATLAB , Fortran , Python , C , C++ , R , Julia и PHP . В то время как TEOS-10 обычно выражается в основных единицах СИ, пакет GSW использует входные и выходные данные в общепринятых океанографических единицах (таких как г/кг для абсолютной солености SA и дбар для давления p ). [8]

В дополнение к GSW Oceanographic Toolbox, библиотека Seawater-Ice-Air (SIA) доступна для Fortran и VBA (для использования в Excel ) и охватывает термодинамические свойства морской воды, льда и (влажного) воздуха. В отличие от GSW Toolbox, библиотека SIA использует исключительно основные единицы SI . [9]

Различия между TEOS-10 и EOS-80

EOS-80 (Уравнение состояния морской воды -1980) использует практическую соленость, измеренную по шкале PSS-78 (Практическая шкала солености 1978 года), которая сама основана на измерениях температуры, давления и электропроводности. Таким образом, EOS-80 не учитывает различные химические составы морской воды. [2]

EOS-80 состоял из отдельных уравнений для плотности, скорости звука, температуры замерзания и теплоемкости, но не давал выражений для энтропии или химических потенциалов. [10] Поэтому это было не полное и последовательное описание термодинамических свойств морской воды. Несоответствия в EOS-80 появляются, например, в содержании тепла при высоком давлении, в зависимости от того, какое уравнение используется для расчета. Кроме того, EOS-80 не согласуется с метеорологическими уравнениями, в то время как TEOS-10 действителен как для влажного воздуха, так и для морской воды.

EOS-80 предоставил выражения для потенциальной температуры , которые устраняют влияние давления на температуру, но не для консервативной температуры, [11] которая является прямой мерой потенциальной энтальпии и, следовательно, теплосодержания. [2]

В TEOS-10 используется текущий стандарт для температурных шкал ITS-90 (Международная температурная шкала 1990 года) , в то время как в EOS-80 используется IPTS-68 (Международная практическая температура 1968 года). [12] В библиотеке SIA TEOS-10 включены реализации для преобразования устаревших шкал в современные. [11]

TEOS-10 был получен с использованием абсолютного давления P, в то время как EOS-80 использовал давление относительно поверхности моря 𝑝 sea . Их можно преобразовать по формуле: P /Pa = 101325 + 10000 ∙ 𝑝 sea /dbar (см. Атмосферное давление ).


Внешние ссылки

Ссылки

  1. ^ "PreTEOS-10 software" . Получено 28 мая 2021 г. .
  2. ^ abc Pawlowicz, R.; et al. (2012). "Историческая перспектива развития термодинамического уравнения морской воды--2010". Ocean Science . 8 (2): 161–174. Bibcode :2012OcSci...8..161P. doi : 10.5194/os-8-161-2012 . S2CID  13239620 . Получено 12 мая 2021 г. .
  3. ^ МОК. Отчеты руководящих и основных вспомогательных органов (16–25 июня 2009 г.). "2.5" (PDF) . Двадцать пятая сессия Ассамблеи . Париж: ЮНЕСКО. стр. 4.
  4. ↑ XXV Генеральная ассамблея Международного союза геодезии и геофизики (27 июня – 8 июля 2011 г.). Протокол заседания Совета (PDF) . Мельбурн. С. 54, Резолюция:4.
  5. ^ Фейстель, Райнер и др. (2010). «Термодинамические свойства морского воздуха» (PDF) . Ocean Science . 6 (1): 91–141. Bibcode :2010OcSci...6...91F. doi : 10.5194/os-6-91-2010 . Получено 2 июня 2021 г. .
  6. ^ ab Feistel, Rainer (2018). «Термодинамические свойства морской воды, льда и влажного воздуха: TEOS-10, до и после» (PDF) . Ocean Science . 14 (3): 471–502. Bibcode :2018OcSci..14..471F. doi : 10.5194/os-14-471-2018 . S2CID  56167674 . Получено 12 мая 2021 г. .
  7. ^ Millero, Frank J.; et al. (2008). "Состав стандартной морской воды и определение шкалы солености референтного состава" (PDF) . Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers . 55 (1): 50–72. Bibcode :2008DSRI...55...50M. doi :10.1016/j.dsr.2007.10.001. ISSN  0967-0637 . Получено 2 июня 2021 г. .
  8. ^ Макдугалл, Т.Дж.; Баркер, П.М. (2011). Начало работы с TEOS-10 и набором океанографических инструментов Гиббса (GSW) (PDF) . SCOR/IAPSO WG127. Тревор Дж. Макдугалл. стр. 28. ISBN 978-0-646-55621-5. Получено 16 мая 2021 г. .
  9. ^ МОК, СКОР и МАФСО (2010). Международное термодинамическое уравнение морской воды – 2010: Расчет и использование термодинамических свойств (PDF) . Межправительственная океанографическая комиссия, Руководства и руководства № 56. ЮНЕСКО (на английском языке). стр. 171. Получено 16 мая 2021 г.
  10. ^ Макдугалл, Тревор. «Международное термодинамическое уравнение морской воды – 2010: Вводные лекционные слайды» (PDF) . Рабочая группа SCOR/IAPSO 127 . Получено 4 июня 2021 г. .
  11. ^ ab McDougall, TJ (2003). "Potential enthalpy: A conservation oceanic variable for evaluating heat content and heat fluxes" (PDF) . Journal of Physical Oceanography . 33 (5): 945–963. Bibcode :2003JPO....33..945M. doi : 10.1175/1520-0485(2003)033<0945:PEACOV>2.0.CO;2 . Получено 4 июня 2021 г. .
  12. ^ Rusby, RL (1991). "Преобразование тепловых опорных значений в ITS-90" . Журнал химической термодинамики . 23 (12): 1153–1161. Bibcode :1991JChTh..23.1153R. doi :10.1016/S0021-9614(05)80148-X . Получено 4 июня 2021 г. .