РАБОТА-10

TEOS-10 (Термодинамическое уравнение морской воды – 2010) – международный стандарт использования и расчета термодинамических свойств морской воды, влажного воздуха и льда. Он заменяет прежний стандарт EOS-80 (Уравнение состояния морской воды, 1980 г.). ^{[ 1 ]} TEOS-10 используется океанографами и климатологами для расчета и моделирования свойств океанов, таких как теплосодержание, сопоставимым на международном уровне способом.

История

TEOS-10 был разработан SCOR (Научный комитет по океаническим исследованиям) / IAPSO (Международная ассоциация физических наук об океане). Рабочей группой 127 ^{[ 2 ]} под председательством Тревора Макдугалла . в качестве официального описания термодинамических свойств морской воды, влажного воздуха и льда в 2009 году. Оно было одобрено Межправительственной океанографической комиссией (МОК) ^{[ 3 ]} а в 2011 году — Международным союзом геодезии и геофизики (IUGG) . ^{[ 4 ]}

Физическая основа

ТЭОС-10 основан на термодинамических потенциалах . Таким образом, жидкости, такие как влажный воздух и жидкая вода, в ТЭОС-10 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 в ТЭОС-10 используется удельный потенциал Гиббса g(T,P)=G/m, G=F+pV, поскольку давление является более легко измеримой характеристикой, чем плотность в морской воде. геофизический контекст. Энергии Гиббса многозначны вокруг фазовых границ и должны определяться для каждой фазы отдельно. ^{[ 6 ]}

Термодинамические потенциальные функции определяются набором регулируемых параметров, которые настраиваются в соответствии с экспериментальными данными и теоретическими законами физики, такими как уравнение идеального газа . Поскольку абсолютную энергию и энтропию невозможно измерить напрямую, произвольные эталонные состояния для жидкой воды, морской воды и сухого воздуха в ТЭОС-10 определяются таким образом, что

внутренняя энергия и энтропия жидкой воды в тройной точке твердое тело-жидкость-газ равны нулю,
энтропия и энтальпия морской воды равны нулю при S _A (абсолютная соленость) = 35,16504 г/кг, T (температура) = 273,15 К, p (давление) = 101325 Па,
энтропия и энтальпия сухого воздуха равны нулю при Т (Температура) = 273,15 К, р (давление) = 101325 Па. ^{[ 6 ]}

Включенные термодинамические свойства

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 взаиморавновесных составных частей, таких 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 потока Монтгомери и Каннингема . Полный список рекомендуемых свойств можно найти в Руководстве по TEOS-10 .

Управление соленостью было одним из новшеств в ТЭОС-10. Он определяет взаимосвязь между эталонной соленостью и практической соленостью, хлором 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 океанской воды , который учитывает различные изотопные составы водорода и кислорода в воде, что влияет на тройную точку и, следовательно, на фазовые переходы воды.

Пакеты программного обеспечения

TEOS-10 включает в себя океанографический набор инструментов Gibbs Seawater (GSW), который доступен в виде программного обеспечения с открытым исходным кодом на MATLAB , Fortran , Python , C , C++ , R , Julia и PHP . Хотя TEOS-10 обычно выражается в базовых единицах СИ, пакет GSW использует входные и выходные данные в широко используемых океанографических единицах (например, г/кг для абсолютной солености SA _и дбар для давления p ). ^{[ 8 ]}

В дополнение к Океанографическому набору инструментов GSW доступна библиотека «Морская вода-лед-воздух» (SIA) для Фортрана 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 базовые единицы СИ . ^{[ 9 ]}

Отличия ТЭОС-10 и ЭОС-80

EOS-80 (Уравнение состояния морской воды - 1980 г.) использует практическую соленость, измеренную по шкале PSS-78 (Практическая шкала солености 1978 г.), которая сама основана на измерениях температуры, давления и электропроводности. Таким образом, EOS-80 не учитывал разный химический состав 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 ]} Следовательно, это не было полным и последовательным описанием термодинамических свойств морской воды. Несоответствия в EOS-80 проявляются, например, в теплосодержании при высоком давлении, в зависимости от того, какое уравнение используется для расчета. Более того, EOS-80 не соответствовал метеорологическим уравнениям, тогда как TEOS-10 действителен как для влажного воздуха, так и для морской воды.

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

В TEOS-10 используется действующий стандарт температурных шкал ITS-90 (Международная температурная шкала 1990 года) , а в EOS-80 используется IPTS-68 (Международная практическая температурная шкала 1968 года). ^{[ 12 ]} В СИА-Библиотеку ТЭОС-10 включены реализации по преобразованию устаревших шкал в текущие. ^{[ 11 ]}

TEOS-10 был получен с использованием абсолютного давления P, тогда как EOS-80 использовал давление относительно поверхности моря 𝑝 _sea . Их можно преобразовать по формуле: P /Pa = 101325 + 10000 ∙ 𝑝море _/ дбар (см. Атмосферное давление ).

Внешние ссылки

Ссылки

^ «Программное обеспечение PreTEOS-10» . Проверено 28 мая 2021 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Павлович Р.; и др. (2012). «Исторический взгляд на разработку термодинамического уравнения морской воды - 2010» . Наука об океане . 8 (2): 161–174. Бибкод : 2012OcSci...8..161P . дои : 10.5194/os-8-161-2012 . S2CID 13239620 . Проверено 12 мая 2021 г.
^ МОК. Отчеты руководящих и основных вспомогательных органов (16–25 июня 2009 г.). «2,5» (PDF) . Двадцать пятая сессия Ассамблеи . Париж: ЮНЕСКО. п. 4.
^ XXV Генеральная ассамблея Международного союза геодезии и геофизики (27 июня – 8 июля 2011 г.). Протокол заседания совета (PDF) . Мельбурн. стр. 54, Резолюция:4.
^ Фейстель, Райнер; и др. (2010). «Термодинамические свойства морского воздуха» (PDF) . Наука об океане . 6 (1): 91–141. Бибкод : 2010OcSci...6...91F . дои : 10.5194/os-6-91-2010 . Проверено 2 июня 2021 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Фейстель, Райнер (2018). «Термодинамические свойства морской воды, льда и влажного воздуха: ТЭОС-10 до и после» (PDF) . Наука об океане . 14 (3): 471–502. Бибкод : 2018OcSci..14..471F . дои : 10.5194/os-14-471-2018 . S2CID 56167674 . Проверено 12 мая 2021 г.
^ Миллеро, Фрэнк Дж.; и др. (2008). «Состав стандартной морской воды и определение эталонной шкалы солености» (PDF) . Глубоководные исследования. Часть I: Статьи океанографических исследований . 55 (1): 50–72. Бибкод : 2008DSRI...55...50M . дои : 10.1016/j.dsr.2007.10.001 . ISSN 0967-0637 . Проверено 2 июня 2021 г.
^ Макдугалл, Ти Джей; Баркер, премьер-министр (2011). Начало работы с TEOS-10 и набором океанографических инструментов Gibbs Seawater (GSW) (PDF) . СКОР/МУУЗ WG127. Тревор Дж. МакДугалл. п. 28. ISBN 978-0-646-55621-5 . Проверено 16 мая 2021 г.
^ МОК, СКОР и МАПС (2010 г.). Международное термодинамическое уравнение морской воды – 2010: Расчет и использование термодинамических свойств (PDF) . Межправительственная океанографическая комиссия, Руководства и руководства № 56. ЮНЕСКО (английский). п. 171 . Проверено 16 мая 2021 г.
^ Макдугалл, Тревор. «Международное термодинамическое уравнение морской воды – 2010: слайды вводной лекции» (PDF) . Рабочая группа СКОР/МУУЗ 127 . Проверено 4 июня 2021 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Макдугалл, Ти Джей (2003). «Потенциальная энтальпия: консервативная океаническая переменная для оценки содержания тепла и тепловых потоков» (PDF) . Журнал физической океанографии . 33 (5): 945–963. Бибкод : 2003JPO....33..945M . doi : 10.1175/1520-0485(2003)033<0945:PEACOV>2.0.CO;2 . Проверено 4 июня 2021 г.
^ Расби, РЛ (1991). «Преобразование тепловых эталонных значений в ИТС-90» . Журнал химической термодинамики . 23 (12): 1153–1161. Бибкод : 1991JChTh..23.1153R . дои : 10.1016/S0021-9614(05)80148-X . Проверено 4 июня 2021 г.

[1] «Программное обеспечение PreTEOS-10» . Проверено 28 мая 2021 г.

[:1-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с Павлович Р.; и др. (2012). «Исторический взгляд на разработку термодинамического уравнения морской воды - 2010» . Наука об океане . 8 (2): 161–174. Бибкод : 2012OcSci...8..161P . дои : 10.5194/os-8-161-2012 . S2CID 13239620 . Проверено 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. п. 4.

[4] XXV Генеральная ассамблея Международного союза геодезии и геофизики (27 июня – 8 июля 2011 г.). Протокол заседания совета (PDF) . Мельбурн. стр. 54, Резолюция:4.

[5] Фейстель, Райнер; и др. (2010). «Термодинамические свойства морского воздуха» (PDF) . Наука об океане . 6 (1): 91–141. Бибкод : 2010OcSci...6...91F . дои : 10.5194/os-6-91-2010 . Проверено 2 июня 2021 г.

[:0-6] Перейти обратно: ^а ^б Фейстель, Райнер (2018). «Термодинамические свойства морской воды, льда и влажного воздуха: ТЭОС-10 до и после» (PDF) . Наука об океане . 14 (3): 471–502. Бибкод : 2018OcSci..14..471F . дои : 10.5194/os-14-471-2018 . S2CID 56167674 . Проверено 12 мая 2021 г.

[7] Миллеро, Фрэнк Дж.; и др. (2008). «Состав стандартной морской воды и определение эталонной шкалы солености» (PDF) . Глубоководные исследования. Часть I: Статьи океанографических исследований . 55 (1): 50–72. Бибкод : 2008DSRI...55...50M . дои : 10.1016/j.dsr.2007.10.001 . ISSN 0967-0637 . Проверено 2 июня 2021 г.

[8] Макдугалл, Ти Джей; Баркер, премьер-министр (2011). Начало работы с TEOS-10 и набором океанографических инструментов Gibbs Seawater (GSW) (PDF) . СКОР/МУУЗ WG127. Тревор Дж. МакДугалл. п. 28. ISBN 978-0-646-55621-5 . Проверено 16 мая 2021 г.

[9] МОК, СКОР и МАПС (2010 г.). Международное термодинамическое уравнение морской воды – 2010: Расчет и использование термодинамических свойств (PDF) . Межправительственная океанографическая комиссия, Руководства и руководства № 56. ЮНЕСКО (английский). п. 171 . Проверено 16 мая 2021 г.

[10] Макдугалл, Тревор. «Международное термодинамическое уравнение морской воды – 2010: слайды вводной лекции» (PDF) . Рабочая группа СКОР/МУУЗ 127 . Проверено 4 июня 2021 г.

[mcd2003-11] Перейти обратно: ^а ^б Макдугалл, Ти Джей (2003). «Потенциальная энтальпия: консервативная океаническая переменная для оценки содержания тепла и тепловых потоков» (PDF) . Журнал физической океанографии . 33 (5): 945–963. Бибкод : 2003JPO....33..945M . doi : 10.1175/1520-0485(2003)033<0945:PEACOV>2.0.CO;2 . Проверено 4 июня 2021 г.

[12] Расби, РЛ (1991). «Преобразование тепловых эталонных значений в ИТС-90» . Журнал химической термодинамики . 23 (12): 1153–1161. Бибкод : 1991JChTh..23.1153R . дои : 10.1016/S0021-9614(05)80148-X . Проверено 4 июня 2021 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]