TEOS-10

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. Sustituye al estándar anterior EOS-80 (Ecuación de Estado del Agua de Mar 1980). ^{[ 1 ]} Los oceanógrafos y climatólogos utilizan TEOS-10 para calcular y modelar propiedades de los océanos, como el contenido de calor, de forma comparable a nivel internacional.

TEOS-10 fue desarrollado por el Grupo de Trabajo 127 del SCOR (Comité Científico de Investigación Oceánica) / IAPSO (Asociación Internacional de Ciencias Físicas de los Océanos) ^{[ 2 ]} , presidido por Trevor McDougall . Fue aprobado como la 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 ]} .

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 en 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 la densidad en un contexto geofísico. Las energías de Gibbs son multivaluadas alrededor de 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 adaptarse a los datos experimentales y a las leyes teóricas de la física, como la ecuación de los gases ideales . Dado que la energía y la entropía absolutas no se pueden medir directamente, en TEOS-10 se definen estados de referencia arbitrarios para el agua líquida, el agua de mar y el aire seco de tal 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 ]}

TEOS-10 abarca 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 de validez particulares, así como sus compuestos de equilibrio mutuo, como el hielo marino o el aire nublado (húmedo y helado).

Además, TEOS-10 abarca propiedades derivadas, como la temperatura potencial y la temperatura conservativa , la frecuencia de flotabilidad , la vorticidad planetaria y las funciones de corriente geostróficas de Montgomery y Cunningham. En el manual de TEOS-10 se puede consultar una lista completa de las propiedades incluidas .

El tratamiento de la salinidad fue una de las novedades de TEOS-10. Define la relación entre la salinidad de referencia y la salinidad práctica, la clorinidad o la salinidad absoluta, y tiene en cuenta las diferentes composiciones químicas añadiendo un δSA variable regionalmente ( véase la figura). [ ^{7 ] TEOS} -10 es válido para el agua oceánica media estándar de Viena , que tiene en cuenta las diferentes composiciones isotópicas de hidrógeno y oxígeno en el agua, lo que afecta al punto triple y, por lo tanto , a las transiciones de fase del agua.

TEOS-10 incluye la caja de herramientas oceanográficas Gibbs Seawater (GSW), 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 básicas del SI, 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 la Caja de Herramientas Oceanográficas GSW, la Biblioteca de Agua de Mar, Hielo y Aire (SIA) está disponible para Fortran y VBA (para su uso en Excel ) y abarca las propiedades termodinámicas del agua de mar, el hielo y el aire (húmedo). A diferencia de la Caja de Herramientas GSW, la Biblioteca SIA utiliza exclusivamente unidades básicas del SI . ^{[ 9 ]}

La EOS-80 (Ecuación de Estado del Agua de Mar - 1980) utiliza la salinidad práctica medida en la escala PSS-78 (Escala de Salinidad Práctica de 1978), que a su vez se basa en mediciones de temperatura, presión y conductividad eléctrica. Por lo tanto, la EOS-80 no tuvo en cuenta las diferentes composiciones químicas del agua de mar. ^{[ 2 ]}

La ecuación EOS-80 constaba de ecuaciones separadas para la densidad, la velocidad del sonido, la temperatura de congelación y la capacidad calorífica, pero no proporcionaba expresiones para la entropía ni los potenciales químicos. ^{[ 10 ]} Por lo tanto, no era una descripción completa y consistente de las propiedades termodinámicas del agua de mar. Las inconsistencias en la EOS-80 aparecen, por ejemplo, en el contenido de calor a alta presión, dependiendo de la ecuación que se utilice para el cálculo. Además, la EOS-80 no era consistente con las ecuaciones meteorológicas, mientras que la TEOS-10 es válida tanto para el aire húmedo como para el 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 conservativa, ^{[ 11 ]} que es una medida directa de la entalpía potencial y por lo tanto del contenido de calor. ^{[ 2 ]}

En TEOS-10 se utiliza el estándar actual para escalas de temperatura, ITS-90 (Escala Internacional de Temperatura de 1990) , mientras que EOS-80 utilizaba la IPTS-68 (Temperatura Práctica Internacional de 1968). ^{[ 12 ]} En la biblioteca SIA de implementaciones de TEOS-10 se incluyen funciones para convertir escalas obsoletas a escalas actuales. ^{[ 11 ]}

TEOS-10 se derivó utilizando la presión absoluta P, mientras que EOS-80 utilizó la presión relativa a la superficie del mar 𝑝 _sea . Se pueden convertir mediante: P /Pa = 101325 + 10000 ∙ 𝑝 _sea /dbar (ver Presión atmosférica ).

• Sitio web de TEOS-10
• Funciones de la caja de herramientas oceanográficas Gibbs-Seawater (GSW)
• Introducción al TEOS-10
• Manual de TEOS-10