飞行气象学：1-2 大气的基本物理状态1

中国民航大学飞行技术学院第 1页第一章大气基本物理现状第二节大气的基本物理状态中国民航大学 飞行技术学院第 2页飞行气象学第二节大气的基本物理状态一、气温 二、气压 三、空气湿度中国民航大学 飞行技术学院第 3页飞行气象学一、大气温度（一）气温的概念（二）气温的变化（三）气温的表示中国民航大学 飞行技术学院第 4页飞行气象学（一）气温的概念表示空气冷热程度的物理量，实质是空气分子平均动能大小的宏观表现。一般生活中所说的气温气象观测所用的百叶箱中离地面1.5米高处的温度。中国民航大学 飞行技术学院第 5页飞行气象学温标气温通常用三种温标：（1）摄氏温标（Celsius、centigrade）温标（C）：（2）华氏温标（Fahrenheit）温标（F）：（3）开氏温标（Kelvin）温标（K）：中国民航大学 飞行技术学院第 6页飞行气象学三种温标的关系中国民航大学 飞行技术学院第 7页飞行气象学摄氏度与华氏度的换算中国民航大学 飞行技术学院第 8页飞行气象学气温变化的两种主要变化方式： 1.气温的非绝热变化 2.气温的绝热变化 （二）气温变化中国民航大学 飞行技术学院第 9页飞行气象学（二）气温变化1、非绝热变化(Non-adiabaticChange) 指空气块通过与外界的热量交换而产生的温度变化每一种天气变化的物理过程都伴随着或起因于热量的传递或交换中国民航大学 飞行技术学院第 10页飞行气象学1、非绝热变化辐射：空气块之间、地气之间、云之间传导：只要气块间有温差，就有热量传导dui流：乱流使空气微团产生混合，气块间热量也随之得到交换。非绝热变化的方式：中国民航大学 飞行技术学院第 11页飞行气象学相变产生的热量通过空气运动使得热量被传送水相变化：水通过相变释放热量或吸收热量，引起气温变化。（二）气温变化中国民航大学 飞行技术学院第 12页飞行气象学 空气块与外界没有热量交换，仅由于外界环境压强变化，使气块膨胀或压缩而引起气块温度变化。是成云致雨的主要途径（二）气温变化 2、绝热变化（ Adiabatic Change ）：中国民航大学 飞行技术学院第 13页飞行气象学2、绝热变化1）干空气温度的绝热变化：干空气在绝热过程中，温度变化的直接原因是气压的变化。干绝热直减率（rd）：干空气在绝热上升（下降）过程中，每上升（下降）单位距离的温度变化。实际工作中，常取rd=1oc/100m中国民航大学 飞行技术学院第 14页飞行气象学2）湿空气温度的绝热变化：对于未饱和湿空气：在绝热变化过程中，没有水相变化，可视为干绝热过程当未饱和湿空气上升达到饱和状态开始凝结，就变为饱和湿空气，始终保持饱和状态的气块所作的绝热过程，称为湿绝热过程。湿绝热直减率（rm）：饱和湿空气绝热上升单位距离时的温度变化。2、绝热变化中国民航大学 飞行技术学院第 15页飞行气象学2、绝热变化总结绝热变化过程有两种情况 （1）干绝热过程 （2）湿绝热过程中国民航大学 飞行技术学院第 16页飞行气象学（1）干绝热过程在绝热过程中，如果气块内部没有水相的变化，叫干绝热过程（即干空气或未饱和空气的绝热过程）干绝热直减率d1/100m中国民航大学 飞行技术学院第 17页飞行气象学（2）湿绝热过程在绝热过程中，如果气块内部存在水相变化，叫湿绝热过程湿绝热直减率，用m表示m=0.40.7/100m中国民航大学 飞行技术学院第 18页飞行气象学不同温度、气压下的m值（/100m）tmp-20-100102010000.860.760.630.540.447000.810.690.560.470.385000.760.620.480.410.33中国民航大学 飞行技术学院第 19页飞行气象学当气块作水平运动或静止不动时，非绝热变化是主要的，当气块作垂直运动时，绝热变化是主要的。实际大气中的温度变化中国民航大学 飞行技术学院第 20页飞行气象学局地气温的变化 气温的周期变化 日较差 年较差中国民航大学 飞行技术学院第 21页飞行气象学北京十月份气温平均日变化 中国民航大学 飞行技术学院第 22页飞行气象学中国民航大学 飞行技术学院第 23页飞行气象学北京、广州气温的年变化中国民航大学 飞行技术学院第 24页飞行气象学气温的非周期变化Q由于大规模冷暖空气运动和阴雨天气的影响 而产生的温度变化，没有周期性。局地气温的变化中国民航大学 飞行技术学院第 25页飞行气象学三、大气湿度（一） 湿度表示法（二）湿度的变化中国民航大学 飞行技术学院第 26页飞行气象学大气湿度空气湿度就是用来量度空气中水汽含量多少或空气干燥潮湿程度的物理量。绝对湿度a水汽压e饱和水汽压E比湿q相对湿度f露点td温度露点差中国民航大学 飞行技术学院第 27页飞行气象学1. 水汽压(water vapor pressure) （e） 大气中的水汽所产生的那部分压力。它是大气压力的一部分。水汽含量达到饱和限度时的水汽压饱和水汽压（E）。 饱和水汽压的大小仅与气温有关。不同温度下的饱和水汽压（一）湿度表示法中国民航大学 飞行技术学院第 28页飞行气象学2. 相对湿度(relative humidity) （f） 空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的百分比。 f = e/E100%相对湿度的大小直接反映了空气距离饱和状态的程度相对湿度取决于：空气中的水汽含量和温度（一）湿度表示法中国民航大学 飞行技术学院第 29页飞行气象学3. 露点温度(Dew Point) 当空气中水汽含量不变且气压一定时，如气温不断降低，使空气达到饱和的温度。在露点温度下的饱和水汽压就是原有的水汽压，在气压不变的情况下，露点的高低只与空气中的水汽含量有关，水汽含量越多， td越高中国民航大学 飞行技术学院第 30页飞行气象学 表示了空气的干燥潮湿程度 气温露点差越小，空气越潮湿。4. 温度露点差(dew-point deficit) ：t - td中国民航大学 飞行技术学院第 31页飞行气象学露和霜中国民航大学 飞行技术学院第 32页飞行气象学水汽压、露点温度是表示空气中水汽含量的多少相对湿度、温度露点差则表示空气距离饱和的程度。中国民航大学 飞行技术学院第 33页飞行气象学1.空气中水汽含量的变化 白天大于晚上，夏季大于冬季 2.空气饱和程度的变化 早晨大午后小，冬季大夏季小（二）湿度的变化日变化中国民航大学 飞行技术学院第 34页飞行气象学（二）湿度的变化年变化水汽压的年变化最高值出现在78月最低值出现在12月。相对湿度因为与水汽压和温度都有关系，年变化情况比较复杂。一般情况下，相对湿度夏季最小，冬季最大。在季风气候地区，冬季风来自大陆，水汽特别少，夏季风来自海洋，高温而潮湿，所以相对湿度以冬季最小，而夏季最大。中国民航大学 飞行技术学院第 35页飞行气象学实际大气通常含有水汽，水的分子量（18）小于空气的平均分子量（29）。故水汽含量不同的空气，其密度也不一样。水汽含量越大，空气密度越小。暖、湿的空气密度比干、冷的空气密度小。三、基本气象要素与飞行中国民航大学 飞行技术学院第 36页飞行气象学飞机升力与成正比，假设P一定，在高温下减小，所以发动机的功率下降。 飞机增速缓慢，起飞滑跑距离增长着陆也类似，接地速度VL0.95*(2G/Cy*S)1/2VL增大，着陆滑跑距离增长。影响飞机爬升动力减载相当于高海拔机场，跑道长如果高空温度比正常值为高时，所需油料更多，才能维持正常的巡航动力准备飞行计划时，需要高空温度数据来决定所需油料。1、气温变化对飞行的影响中国民航大学 飞行技术学院第 37页飞行气象学H=Hp*Tm/TmsH：真高Hp：表高Tm：气层平均温度Tms：标准大气的气层平均温度飞行员可输入机载温度记录，通过导航计算机或与无线电高度表示度进行比较以确定真高。1、气温变化对飞行的影响中国民航大学 飞行技术学院第 38页飞行气象学当飞机按照固定的仪表指示高度从暖气团飞向冷气团的时候，飞机的真实高度是不断降低的。中国民航大学 飞行技术学院第 39页飞行气象学温度误差示意图温度误差示意图在比标准大气暖的空气中飞行时，高度表示度将低于实际飞行高度。在比标准大气冷的空气中飞行时，高度表示度将高于实际飞行高度。中国民航大学 飞行技术学院第 40页飞行气象学 气压误差示意图中国民航大学 飞行技术学院第 41页飞行气象学中国民航大学 飞行技术学院第 42页飞行气象学3、空气密度对飞行性能的影响 飞机的飞行性能主受大气密度影响。 实际大气密度标准大气密度空气作用于飞机的力增大；发动机功率增加，推力增大。飞行性能变好：最大平飞速度增大最大爬升率增大起飞载重量增大起飞、滑跑距离缩短 实际大气密度标准大气密度相反。中国民航大学 飞行技术学院第 43页飞行气象学4、湿度对飞行的影响 高湿区域： 由于湿度高空气的密度小，所以飞机起飞滑跑距离增长，爬升率下降，着陆速度增大，载重量减小。 干燥区域：相反中国民航大学 飞行技术学院第 44页飞行气象学练习Q 目前飞机起降时所用气压表拨正值是？Q 航线飞行时用来调整高度表的气压拨正值是？Q 飞机进入较强下降气流和上升气流区时，高度指示会分别比实际高度有怎样的偏差？Q 当飞机按气压式高度表保持一定高度飞向低压区时，其实际高度的变化是？Q 当空气密度低于标准大气时，飞机的起飞载重量和起落滑跑距离受的影响分别是？Q 气压相等时，较暖和较湿的空气密度分别比较冷和较干的空气密度要大还是小？