大気熱力学

• 1751年、シャルル・ル・ロワは露点温度を空気の飽和点として認識した。
• 1782年、ジャック・シャルルは水素気球飛行を行い、パリで温度と気圧を測定した。
• 1784年、高度による温度変化の概念が提唱された。
• 1801年～1803年、ジョン・ドルトンは蒸気圧の法則を開発した。
• 1804年、ジョセフ・ルイ・ゲイ＝リュサックは気象を研究するために気球に登った。
• 1805年、ピエール・シモン・ラプラスは、高度による圧力変化の法則を提唱した。
• 1841年、ジェームズ・ポラード・エスピがサイクロンエネルギーの対流理論に関する論文を発表
• 1856年、ウィリアム・フェレルは偏西風を引き起こす力学について発表した。
• 1889年、ヘルマン・フォン・ヘルムホルツとジョン・ウィリアム・フォン・ベツォルトはポテンシャル温度の概念を用い、フォン・ベツォルトは断熱減率と擬断熱減率を用いた。
• 1893年、リチャード・アズマンが最初の気象観測用ゾンデ（気圧・温度・湿度測定装置）を製作する。
• 1894ジョン ヴィルヘルム フォン ベゾルトが等価温度の概念を使用
• 1926年、サー・ネイピア・ショーがテフィグラムを導入した。
• 1933年、トー・ベルジュロンは「雲と降水の物理学」に関する論文を発表し、過冷却状態からの降水（水滴の存在下での氷結晶の凝縮成長による）について記述した。
• 1946年、ヴィンセント・J・シェーファーとアーヴィング・ラングミュアは、最初の人工降雨実験を行った。
• 1986年、 K.エマニュエルは熱帯低気圧をカルノー熱機関として概念化した。

ハドレー循環は熱機関とみなすことができる。^{[ 4 ]}ハドレー循環は、赤道域での暖かく湿った空気の上昇と亜熱帯での冷たい空気の下降によって特徴づけられ、熱駆動による直接循環に対応し、結果として運動エネルギーの正味生産が生じる。熱機関とみなされるハドレーシステムの熱力学的効率は、1979～2010年の期間にわたって比較的安定しており、平均2.6%である。同じ期間に、ハドレー体制によって生成される電力は、平均で年間約0.54 TWの割合で増加しており、これは、熱帯海面水温の観測された傾向と一致する、システムへのエネルギー入力の増加を反映している。

ハリケーンの熱力学的挙動は、約 300K (27 °C) の温度の海面の熱貯蔵庫と、約 200K (-72 °C) の温度の対流圏界面の熱吸収源の間で作動する熱機関^{[ 5 ]}としてモデル化でき、その過程で熱エネルギーを風の機械エネルギーに変換します。海面近くを移動する空気の塊は熱と水蒸気を吸収し、温められた空気は上昇して膨張し、その過程で冷却されて凝結と降水を引き起こします。上昇する空気と凝結は、コリオリの力によって推進される循環風を生み出し、波を起こし、サイクロンを動かす温かく湿った空気の量を増やします。対流圏上層の温度の低下、または地表付近の大気の温度の上昇は、いずれもハリケーンで観測される最大風速を増加させます。ハリケーンの力学に適用すると、カルノー熱機関サイクルを定義し、ハリケーンの最大強度を予測することができる。  

クラウジウス・クラペイロンの関係式は、気温が摂氏1度上昇するごとに大気の水分保持能力が約8%増加することを示しています。（圧力や密度などの他のパラメータには直接依存しません。）この水分保持能力、すなわち「平衡蒸気圧」は、オーガスト・ロシュ・マグナスの式を用いて近似することができます。

${\displaystyle e_{s}(T)=6.1094\exp \left({\frac {17.625T}{T+243.04}}\right)}$

（どこ${\displaystyle e_{s}(T)}$は平衡または飽和蒸気圧（hPa）であり、${\displaystyle T}$は摂氏温度です。これは、大気温度が上昇すると（例えば、温室効果ガスによる） 、絶対湿度も指数関数的に増加するはずであることを示しています（相対湿度が一定であると仮定した場合）。しかし、この純粋に熱力学的な議論は、対流過程によって沈降域が拡大し広範囲にわたる乾燥を引き起こす可能性があり、降水効率は対流の強度によって影響を受ける可能性があり、雲の形成は相対湿度に関係しているため、かなりの議論の対象となっています。