[科普中國(guó)]-等熵面圖

定義

等熵面圖是指一定時(shí)刻的空間位溫（即空氣的熵）相等各點(diǎn)絡(luò)成的面即等熵面，而在等熵面上分析大氣狀態(tài)的圖即等熵面圖。它是研究大氣熱力狀態(tài)和動(dòng)力過(guò)程的一種輔助圖表。

氣象臺(tái)常用的天氣圖主要是地面天氣圖和高空天氣圖。此外，還有各種輔助圖，用以顯示天氣過(guò)程的各個(gè)不同側(cè)面。輔助圖分為兩大類(lèi)：地面輔助圖，如天氣實(shí)況演變圖、危險(xiǎn)天氣現(xiàn)象圖、變壓圖、變溫圖和降水圖等;高空輔助圖，如流線圖、等熵面圖、變高圖、溫度對(duì)數(shù)壓力圖等。實(shí)際工作中，可根據(jù)需要選用。

等位溫面亦可稱作等熵面圖，位溫垂直梯度是決定位渦分布的主要因子。1

一個(gè)常數(shù)-熵圖;一個(gè)天氣圖表呈現(xiàn)的分布的氣象要素中的氣氛的一個(gè)表面的恒定電位下（相當(dāng)于到一個(gè)等熵表面）;它通常含有的繪制數(shù)據(jù)和分析的這種元件作為壓力（或高度） 、風(fēng)、溫度和濕度在該表面上。2

等熵面即S(熵)值為常教的面。由于熵和位溫之間有一定的公式關(guān)系，因而等熵面而也就是等位溫面。在等熵面圖上，氣壓P或高度Z是變數(shù)，為了要表示等熵面在空間的分布，要在等熵面上在空間的分析等壓線或等高線。由位溫、P、T的關(guān)系（根據(jù)位溫的定義）及狀態(tài)方程可知，等熵面上的等壓線．也就是等溫線．等密度線，等飽和比濕線。如果在等熵面上再分析一組實(shí)際比濕線。則通過(guò)等壓線和等比濕線的分析，便可把大氣的基本狀態(tài)描述出來(lái)．因此在等熵面上只須要分析兩組等值線（等壓線和等比濕線）就可以了。3

但是，等熵面圖也有局限性，主要有三點(diǎn)。首先，等熵面圖只適用于處在絕熱過(guò)程情形下的大氣，但是實(shí)際大氣雖然是準(zhǔn)絕熱的．然而非絕熱過(guò)程還是經(jīng)常發(fā)生，特別是當(dāng)凝結(jié)、蒸發(fā)發(fā)生時(shí)，與干絕熱過(guò)程相差很懸殊，不能應(yīng)用等熵面圖。為了克服因有凝結(jié)、蒸發(fā)的發(fā)生而使等熵面圖不能應(yīng)用的缺點(diǎn)。有時(shí)也可用采用等Θx面圖來(lái)代替。其次．在對(duì)流情形或大氣很不穩(wěn)定的情況形下．等熵面是垂直的或反轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)．因而等熵面就難繪清楚。最后，大氣中有無(wú)數(shù)的等熵面．須要描述哪一個(gè)等熵面上的大氣狀態(tài)，是要根據(jù)季節(jié)等特點(diǎn)而加以選擇的，如選擇不妥便常常會(huì)影響真實(shí)地表現(xiàn)大氣狀態(tài)。

氣象地圖顯示沿著恒定的表面的水分分布和空氣的流動(dòng)熵，這也是恒定的表面潛在的溫度（不與它的環(huán)境的熱交換會(huì)如果從其初始狀態(tài)帶到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)壓力[1000毫巴]干燥空氣的一個(gè)包裹有溫度）。4

熵過(guò)程在熱力學(xué)中，熵過(guò)程是理想化的熱力學(xué)過(guò)程是絕熱的，并且其中該系統(tǒng)的工作轉(zhuǎn)移是無(wú)摩擦;沒(méi)有傳遞的熱量或物質(zhì)和過(guò)程是可逆的。

熵在統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)，熵（通常符號(hào)小號(hào)）是微觀的配置的數(shù)目的量度Ω對(duì)應(yīng)于一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)中由某些宏觀變量指定的狀態(tài)。具體來(lái)說(shuō)，假設(shè)每個(gè)微觀結(jié)構(gòu)，是非常可能的，該系統(tǒng)的熵是自然對(duì)數(shù)，這個(gè)數(shù)字配置中的，乘以Boltzmann常數(shù)?乙（其提供了與下面討論的熵的原始熱力學(xué)概念的一致性，并且使熵維度的能量除以溫度）。

例如，與已知的量，壓力和溫度的容器的氣體可以具有的單獨(dú)的氣體分子的可能的配置數(shù)量巨大，并且其中配置所述氣體實(shí)際上是在可被視為隨機(jī)的。因此，熵可以理解為分子量的量度病癥宏觀系統(tǒng)內(nèi)。在熱力學(xué)第二定律指出，一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵永遠(yuǎn)不會(huì)減少。這種系統(tǒng)自發(fā)演進(jìn)對(duì)熱力學(xué)平衡，隨著國(guó)家最大熵。非隔離系統(tǒng)可能會(huì)失去熵，通過(guò)至少該減量提供他們的環(huán)境的熵增加。由于熵是狀態(tài)函數(shù)，系統(tǒng)中的熵變是由它的初始和最終狀態(tài)決定。這適用于該進(jìn)程是否是可逆還是不可逆的。但是，不可逆過(guò)程增加系統(tǒng)及其環(huán)境的組合熵。

熵（ΔS）的系統(tǒng)的變化對(duì)熱力學(xué)是可逆的過(guò)程。

熵是一個(gè)廣泛的概念。它具有尺寸的能量除以溫度，其具有一個(gè)單元焦耳每開(kāi)爾文（J?-1的）國(guó)際單位制（或公斤米2小號(hào)-2?-1中的基本單位計(jì)）。但純物質(zhì)的熵通常給出一個(gè)密集的物業(yè)單位-either熵質(zhì)量（SI單位：J?-1千克-1）或熵單位物質(zhì)的量（SI單位：J?-1摩爾-1）。

絕對(duì)熵（?而非Δ小號(hào)）之后的定義，即使用統(tǒng)計(jì)力學(xué)或熱力學(xué)第三定律，一個(gè)否則任意添加劑常數(shù)是固定的，使得在熵絕對(duì)零是零。在統(tǒng)計(jì)力學(xué)這反映了一個(gè)系統(tǒng)的基態(tài)通常是非簡(jiǎn)并且只有一個(gè)微觀結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于它。5

熱力學(xué)第一定律是指自然界中的任一孤立系統(tǒng)，無(wú)論經(jīng)過(guò)任何變化，其中的總能量不變。
熱力學(xué)第一定律只告訴我們?cè)谝还铝⑾到y(tǒng)內(nèi)的能量關(guān)系。但并不能決定自然界各種變化進(jìn)行的方向。在自然界發(fā)生的包含能量的過(guò)程都是不可逆的。也就是說(shuō)，這些過(guò)程都是只能在一定的方向中進(jìn)行的，而且須遵守決定過(guò)程進(jìn)行方向的熱力學(xué)第二定律。
熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表示叫做“熵增加原理”，這個(gè)原理給出決定過(guò)程進(jìn)行的判據(jù)。3

運(yùn)用（1）等熵位渦分析是位渦理論的分析基礎(chǔ)。1

（2）可采用等熵面分析各種天氣現(xiàn)象發(fā)生的物理原因，如暴雨。6

（3）等熵面分析能夠直觀地判斷正位渦異常區(qū)的變化趨勢(shì)以及冷空氣的入侵路徑和強(qiáng)度,是診斷和預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)低壓暴雨落區(qū)的一個(gè)重要手段。7