TEOS-10 (Ecuación termodinámica del agua de mar - 2010) es el estándar internacional para el uso y cálculo de las propiedades termodinámicas del agua de mar, el aire húmedo y el hielo. Reemplaza la norma anterior EOS-80 (Ecuación del estado del agua de mar 1980). [1] Los oceanógrafos y científicos del clima utilizan TEOS-10 para calcular y modelar las propiedades de los océanos de una manera internacionalmente comparable.
Historia
TEOS-10 fue desarrollado por el SCOR (Comité Científico de Investigaciones Oceánicas) / IAPSO (Asociación Internacional para las Ciencias Físicas de los Océanos) Grupo de Trabajo 127 [2], que fue presidido por Trevor McDougall . Ha sido aprobada como descripción oficial de las propiedades termodinámicas del agua de mar, el aire húmedo y el hielo en 2009 por la Comisión Oceanográfica Intergubernamental (COI) [3] y en 2011 por la Unión Internacional de Geodesia y Geofísica (IUGG) . [4]
Base fisica
TEOS-10 se basa en potenciales termodinámicos . Por lo tanto, los fluidos como el aire húmedo y el agua líquida en TEOS-10 se describen mediante la energía de Helmholtz F (m, T, V) = F (m, T, m / ρ) o la energía de Helmholtz específica f (T, ρ) = F (m, T, m / ρ) / m . La energía de Helmholtz tiene un valor único a través de los límites de fase. [5] Para el cálculo de las propiedades termodinámicas del agua de mar y el hielo, TEOS-10 utiliza el potencial de Gibbs específico g (T, P) = G / m, G = F + pV, porque la presión es una propiedad más fácilmente medible que densidad en un contexto geofísico. Las energías de Gibbs tienen varios valores en torno a los límites de fase y deben definirse para cada fase por separado. [6]
Las funciones de potencial termodinámico están determinadas por un conjunto de parámetros ajustables que se ajustan para ajustarse a los datos experimentales y las leyes teóricas de la física, como la ecuación del gas ideal . Dado que la energía absoluta y la entropía no se pueden medir directamente, los estados de referencia arbitrarios para agua líquida, agua de mar y aire seco en TEOS-10 se definen de una manera que
- la energía interna y la entropía del agua líquida en el punto triple sólido-líquido-gas son cero,
- la entropía y la entalpía del agua de mar son cero en S A (salinidad absoluta) = 35,16504 g / kg, T (temperatura) = 273,15 K, p (presión) = 101325 Pa,
- la entropía y la entalpía del aire seco son cero a T (temperatura) = 273,15 K, p (presión) = 101325 Pa. [6]
Propiedades termodinámicas incluidas
TEOS-10 cubre todas las propiedades termodinámicas del agua líquida, el agua de mar, el hielo, el vapor de agua y el aire húmedo dentro de sus rangos particulares de validez, así como sus compuestos de equilibrio mutuo como el hielo marino o el aire turbio (húmedo y helado).
Además, TEOS-10 cubre las propiedades derivadas, por ejemplo, la temperatura potencial y la temperatura conservadora , la frecuencia de flotabilidad , la vorticidad planetaria y las funciones de las corrientes geostróficas de Montgomery y Cunningham . Puede encontrar una lista completa de propiedades destacadas en el Manual de TEOS-10 .
El manejo de la salinidad fue una de las novedades del TEOS-10. Define la relación entre la salinidad de referencia y la salinidad práctica, la clorinidad o la salinidad absoluta y explica las diferentes composiciones químicas agregando una variable regional 𝛿 S A (ver Figura). [7] TEOS-10 es válido para el agua oceánica media estándar de Viena, que representa diferentes composiciones de isótopos de hidrógeno y oxígeno en el agua que afectan el punto triple y, por lo tanto, las transiciones de fase del agua.
Paquetes de software
TEOS-10 incluye la caja de herramientas oceanográficas Gibbs Seawater (GSW) que está disponible como software de código abierto en MATLAB , Fortran , Python , C , C ++ , R , Julia y PHP . Si bien TEOS-10 se expresa generalmente en unidades SI básicas, el paquete GSW utiliza datos de entrada y salida en unidades oceanográficas de uso común (como g / kg para la salinidad absoluta S A y dbar para la presión p ). [8]
Además de GSW Oceanographic Toolbox, la biblioteca Seawater-Ice-Air (SIA) está disponible para Fortran y VBA (para su uso en Excel ), y cubre las propiedades termodinámicas del agua de mar, hielo y aire (húmedo). A diferencia de GSW Toolbox, la biblioteca SIA utiliza exclusivamente unidades SI básicas . [9]
Diferencias entre TEOS-10 y EOS-80
EOS-80 (Ecuación del estado del agua de mar -1980) utiliza la salinidad práctica medida en la escala PSS-78 (Escala práctica de salinidad de 1978) que se basa en mediciones de temperatura, presión y conductividad eléctrica. Por lo tanto, EOS-80 no tuvo en cuenta las diferentes composiciones químicas del agua de mar. [2]
EOS-80 consistió en ecuaciones separadas para densidad, velocidad del sonido, temperatura de congelación y capacidad calorífica, pero no proporcionó expresiones para la entropía o los potenciales químicos. [10] Por lo tanto, no fue una descripción completa y consistente de las propiedades termodinámicas del agua de mar. Las inconsistencias en EOS-80 aparecen, por ejemplo, en el contenido de calor a alta presión, dependiendo de la ecuación que se utilice para el cálculo. Además, EOS-80 no era consistente con las ecuaciones meteorológicas, mientras que TEOS-10 es válido para aire húmedo y agua de mar.
EOS-80 proporcionó expresiones para la temperatura potencial , que elimina el efecto de la presión sobre la temperatura, pero no para la temperatura conservadora, [11] que es una medida directa de la entalpía potencial y, por lo tanto, el contenido de calor. [2]
En TEOS-10 se utiliza el estándar actual para escalas de temperatura, ITS-90 (Escala de temperatura internacional de 1990) , mientras que EOS-80 utilizó el IPTS-68 (Temperatura práctica internacional de 1968). [12] En la SIA-Library de TEOS-10 se incluyen implementaciones para convertir escalas obsoletas en actuales. [13]
TEOS-10 se obtuvo utilizando la presión absoluta P, mientras que EOS-80 utilizó la presión relativa a la superficie del mar 𝑝 mar . Se pueden convertir por: P / Pa = 101325 + 10000 ∙ 𝑝 sea / dbar (ver Presión atmosférica ).
enlaces externos
- Sitio web de TEOS-10
- Funciones de la caja de herramientas oceanográficas Gibbs-Seawater (GSW)
- Imprimación TEOS-10
- Manual del TEOS-10
Referencias
- ^ "Software PreTEOS-10" . Consultado el 28 de mayo de 2021 .
- ^ a b c Pawlowicz, R .; et al. (2012). "Una perspectiva histórica sobre el desarrollo de la Ecuación Termodinámica del Agua de Mar - 2010" . Ciencias Oceánicas . 8 (2): 161-174. Código bibliográfico : 2012OcSci ... 8..161P . doi : 10.5194 / os-8-161-2012 . Consultado el 12 de mayo de 2021 .
- ^ COI. Informes de los órganos rectores y subsidiarios principales (16 a 25 de junio de 2009). "2.5" (PDF) . Vigésimo quinto período de sesiones de la Asamblea . París: UNESCO. pag. 4.
- ^ XXV Asamblea General de la Unión Internacional de Geodesia y Geofísica (27 de junio - 8 de julio de 2011). Acta de la reunión del consejo (PDF) . Melbourne. págs. 54, Resolución: 4.
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- ^ a b Feistel, Rainer (2018). "Propiedades termodinámicas del agua de mar, hielo y aire húmedo: TEOS-10, antes y más allá" (PDF) . Ciencias Oceánicas . 14 (3): 471–502. Código bibliográfico : 2018OcSci..14..471F . doi : 10.5194 / os-14-471-2018 . Consultado el 12 de mayo de 2021 .
- ^ Millero, Frank J .; et al. (2008). "La composición del agua de mar estándar y la definición de la escala de salinidad de composición de referencia" (PDF) . Investigación en aguas profundas, parte I: artículos de investigación oceanográfica . 55 (1): 50–72. Código Bibliográfico : 2008DSRI ... 55 ... 50M . doi : 10.1016 / j.dsr.2007.10.001 . ISSN 0967-0637 . Consultado el 2 de junio de 2021 .
- ^ McDougall, TJ; Barker, PM (2011). Introducción a TEOS-10 y la caja de herramientas oceanográficas Gibbs Seawater (GSW) (PDF) . SCOR / IAPSO WG127. pag. 28. ISBN 978-0-646-55621-5. Consultado el 16 de mayo de 2021 .
- ^ COI, SCOR e IAPSO (2010). La ecuación termodinámica internacional del agua de mar - 2010: Cálculo y uso de propiedades termodinámicas (PDF) . Comisión Oceanográfica Intergubernamental, Manuales y Guías No. 56. UNESCO (inglés). pag. 171 . Consultado el 16 de mayo de 2021 .
- ^ McDougall, Trevor. "La ecuación termodinámica internacional del agua de mar - 2010: diapositivas de la conferencia introductoria" (PDF) . Grupo de trabajo SCOR / IAPSO 127 . Consultado el 4 de junio de 2021 .
- ^ McDougall, TJ (2003). "Entalpía potencial: una variable oceánica conservadora para evaluar el contenido de calor y los flujos de calor" (PDF) . Revista de Oceanografía Física . 33 (5): 945–963. Código bibliográfico : 2003JPO .... 33..945M . doi : 10.1175 / 1520-0485 (2003) 033 <0945: PEACOV> 2.0.CO; 2 . Consultado el 4 de junio de 2021 .
- ^ Rusby, RL (1991). "La conversión de valores de referencia térmica al ITS-90" . La revista de termodinámica química . 23 (12): 1153-1161. doi : 10.1016 / S0021-9614 (05) 80148-X . Consultado el 4 de junio de 2021 .
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