热力学方程（英语：thermodynamic equation）是以数学架构描述于实验室或生产制程中测得的热力学物理量。热力学是基于一些基础假设，即热力学定律，其中热力学第一定律在大气科学中的数学表述即为热力学方程。

描述

大气的动力学过程和热力学过程是相互联系、相互制约的，热力学第一定律也是应用于大气运动的基本定律，它给出了系统状态改变与热量交换之间的关系。热力学第一定律可表述为：物质体积元中内能和动能随时间的变化率，等于外源的加热率与外界对该物质体积元所做的功率之和。它的数学表达式即为热力学方程，又称“热流量方程”。

方程

由普遍的能量守恒定律推导（推导过程可参考《动力气象学》）可得热力学方程为

式中，T，p分别为温度和气压；Q为外源对每单位质量空气的加热率；t为时间；为干空气比定容热容，值为717焦耳每千克开尔文（）；a为比容；ε为乔治·斯托克斯耗散函数，表示分子黏性对动能的耗散率。

该方程表明：空气微团每单位质量的内能随时间的变化率，等于外源的加热率、分子黏性对动能的耗散率和压缩功率之和。

一般情况下分子黏性对动能的耗散率远远小于压缩功率，在动力气象学中常将其略去，于是常用的热力学方程的形式为或将上式求全导数之后的形式为其中为干空气比定压热容，值为1000焦耳每千克开尔文（）。

热力学方程规定了热交换与微团状态改变之间的关系，而且对于理解大气动力过程与热力过程之间相互联系、相互制约的辩证关系也十分重要。热力学方程左边第二项表示了压力对单位质量空气的做功率，因此它代表了热能和机械能之间的转换，说明太阳热能可以驱动大气运动。