相变系统度数日尺度的热力学起源
大气与海洋物理
2026-02-09 v2
摘要
相变对热力学状态变量施加拓扑约束，掩盖了相边界处的能量波动。这种约束在熔化系统中最为显著，温度即使持续输入能量仍保持固定。本文通过引入滞后温度——描述系统无约束热演化的仿制轨迹——来解决这一信息丢失。我们证明，仅能量守恒即可强加严格的二元性：熔化过程中耗散的总滞后热量与滞后温度超出熔点之上的累计超额相等。这一二元性在数学上等价于滞后温度轨迹与观测温度轨迹之间一维 Wasserstein-1 距离，传输成本由特征表面耗散时间尺度和熔化能决定。应用于冰盖表面熔化时，该时间尺度可直接以辐射和湍流热损失的形式进行物理解释。该框架同样给出了经验正积度日定律的首次原理推导，预测从表面能量平衡中自然产生的现实度数日系数，而无需 ad hoc 标定。更广泛地说，相变作为一种最优传输过程，将连续的能量波动映射到受约束的热力学边界上。
关键词
引用
@article{arxiv.2602.05248,
title = {Thermodynamic Origin of Degree-Day Scaling in Phase-Change Systems},
author = {Zhiang Xie},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.05248},
year = {2026}
}