熵气象学--第三章 熵与分布 6 8 第三章 熵与分布 第一章我们把统计物理中常用的分布函数的概念作了交待。继之又在第二章对气象现象中观测、统计出来的分布函数的形态作了较多的介绍。至此应当说我们用分布函数的概念把一批气象现象作了一种较统一的综合。它改变了提出问题的方式，也为让一个适当的理论出台来解释这些现象作好了前期准备工作。 从这一章开始我们要进一步引用熵的概念和原理，并且把它与分布问题联系起来。我们想通过事例说明熵原理也是制约大气运动的一个普遍原理。抓住这个强有力的理论会加深对气象现象的理解、丰富气象理论园地。 这一章的中心是交待熵的概念、算法以及它与分布问题的关系。而把熵原理及其在气象学中的应用放在以后各章。 §1 熵概念沿革 当今的科学被分成上千个学科，每个学科都有自己一套专用名词，而外行人对它知之甚少。可是在科学史上却有少数的专用名词，其知名度则远远超出孕育它出生的那个村庄。 霍顿(G．Holton)说“某些概念之所以重要是由于它们反复出现在许多描述和定律中，而且往往波及离最初表述很远的领域内”。 大家熟悉的“能量”这个概念就具有上述特征。现在我们要指出“熵”是又一个知名度日益提高并昇华到熵气象学--第三章 熵与分布 6 9 哲学殿堂的概念。在某些人看来熵的科学地位应当高于莎士比亚在文学中的地位。 上世纪中叶，人们在发现热力学第一定律(能量守衡定律)之后不久又在研究热机效率的理论时发现在卡诺热机完成一个循环时，它不仅遵守能量守衡定律，而且工作物质吸收的热量 Q 与当时绝对温度 T 的比值之和(∑Q/T)为零(Q，T 都不为零)。鉴于以上物理量有这一优点，克劳修斯(R．CIausius)就把可逆过程中工作物质吸收的热与温度 T之比称为 entropie，与德文的能量“energie”相接近。1923年胡刚复教授从其定义式出发为汉文另创了—个字“熵”来称呼它。日本则直用其英文的译音ェントロピ称之。 克劳修斯发现这样定义的物理量——熵还有一个重要性质，即其改变量的大小仅与研究对象的起始状态和终止状态有关，而与其经历的热力学路径无关；这也就是告诉人们熵是又一个新发现的状态函数。它意味着系统的状态一旦确定，其熵值(选用一定参考点后)就不变化了。 克劳修斯还进而分析了不可逆过程中的熵的变化，他得出参与不可逆过程的各部分的熵值变化之和总是大于刀∑Q/T。1865年他把热力学第二定律视为孤立系统中熵仅能加大或不变的“熵增加原理"。 1870年...
