第三节 大气的增温和冷却讲义.ppt

一、海陆的增温和冷却的差异,二、空气增温和冷却,第三节 大气的增温和冷却,三、大气稳定度,海面和陆面的比热不同,海面和陆面对太阳辐射的吸收和反射不同,一、海陆的增温和冷却的差异,海面和陆导热方式不同,二、空气的增温和冷却,气温的非绝热变化,气温的绝热变化,绝热变化与非绝热变化,（一）气温的非绝热变化,非绝热变化：,与外界进行热量交换绝热变化：,由外界压力的变化对气体做功气温的非绝热变化,传导,辐射,对流,湍流,水相的变化,注：地面和大气之间主要以辐射为主，在气团之间以对流和湍流为主绝热变化,（二）气温的绝热变化,湿绝热变化：,有水相变化,干绝热变化：,无水相变化,气温直减率,干绝热直减率γd ：,干空气和未饱和的湿空气块绝热上升单位距离的温度降低值 γd ≈ 10C/100m,湿绝热直减率γm ：,饱和的湿空气块绝热上升单位距离的温度降低值γd与γm,γdγm,因为湿空气上升达到饱和状态的高度后再作绝热上升时，一方面按干空气和未饱和湿空气一样膨胀冷却；另一方面因凝结作用释放潜热抵消温度的降低值γm为一个变量,温度越高， γm值越小温度愈高，比湿增大，绝热上升过程中凝结的水汽就愈多，放出潜热也愈多）,气压越低， γm值越小。

气压降低时，密度减小，体积热容量减小，由相等潜热供给 空气时，气压低的空气由于潜热增高的温度增加的高）,γ、γd、γm,γ ：大气环境的温度直减率,γ d ：在大气中运动的干空气或未饱和空气块干绝热温度直减率,γ m ：在大气中运动的饱和空气块湿绝热温度直减率,三、大气稳定度,大气稳定度的概念,大气稳定度的判别,（一）大气稳定度的概念,研究范围：,本书主要讨论的大气稳定度是指大气层结的稳定度所谓层结是指大气中的温度、湿度等要素的垂直分布概 念：,就是空气块受到垂直方向上的扰动后，大气层结使空气块具有返回或远离原来平衡位置的趋势和程度实例分析：,100,200,300,0,,,,,,,,,,,,,γA= 0.80C/100m,γB= 10C/100m,γC= 1.20C/100m,120C,120C,120C,,,,,,,,,,,110C,130C,110C,130C,110C,130C,,,,120C,11.20C,12.80C,,,,120C,110C,130C,,,,120C,10.80C,13.20C,气块按干绝热运动故γd= 10C/100m,γγd,γ=γd,γγd,H(m),（二）大气稳定度的判别,受力分析：,F = F浮 - G浮 = ρg - ρ/ g = ma,,a =( ρ - ρ/) g / ρ/,P = ρRT,P/ = ρ/RT /,P = P/,,,,ρ = P/ RT,ρ/ = P/ / RT /,,a =( T - T/) g / T,a =( T - T/) g / T,干空气和未饱和湿空气的判别：,T =T0- γd Δz,T / =T0- γ Δz,,,a =(γ - γd ) Δz / T,故： (γ - γd ) 的符号决定了加速度a与位移Δz的方向是否一致。

γ 0，则a 0，加速度与位移的方向相反，层结是稳定的γ γd ， Δz0，则a 0，加速度与位移的方向一致，层结是不稳定的γ =γd ， 则a =0，层结是中性的a =( T - T/) g / T,饱和湿空气的判别：,T =T0- γm Δz,T / =T0- γ Δz,,,a =(γ - γm ) Δz / T,故： (γ - γm ) 的符号决定了加速度a与位移Δz的方向是否一致γ 0，则a 0，加速度与位移的方向相反，层结是稳定的γ γm， Δz0，则a 0，加速度与位移的方向一致，层结是不稳定的γ =γm， 则a =0，层结是中性的总结：,γ 愈大，大气愈不稳定，γ愈小大气愈稳定，如果很小大气对流受到阻碍，如果γ 0则出现逆温,当γ γd（ γ γd γm ） 成为绝对不稳定当γd γ γm 对于作垂直运动的饱和空气来说是不稳定的；对于作垂直运动的未饱和空气来说，大气处于稳定状态这种状态称为条件性不稳定状态曲线表示法：,,,,,Z1,Z0,,Z,T,,T,Ti,,,层结曲线（大气温度随高度变化曲线）,状态曲线（上升空气块的温度随高度变化曲线）,γ γ块,,,,,Z1,Z0,,Z,T,,γ =γ块,,,,,Z1,Z0,,Z,T,,γ γ块,T,Ti,T,Ti,不稳定能量的概念：,概念：,就是气层中可使单位质量的空气块离开初始位置后作加速运动的能量。

类型：,不稳定型,稳定型,潜在不稳定型,B点称为自由对流高度 在B点以上可以获得不稳定能量自由上升,练习：,一团未饱和湿空气北行遇3000米高的山脉，在山脚的温度是200C，在 500米高度时开始降水，问： （1）在山顶的温度是多少？ （2）翻过山脉以后到达背风山脚的温度是多少？ （3）作气块随高度的温度变化曲线图 （注： γm =0.60C/100米）,解：,（1）0—500米高度气体作干绝热上升： t1=t0- γd h1=200C-10C/100 *500=150C,500—3000米高度气体作湿绝热上升： t2=t1- γm h2=150C-0.60C/100 *2500=00C,（2）3000—0米高度气体干绝热下降： t3=t2+γd H=00C+10C/100 *3000=300C,1000,2000,3000,0,,H(m),,,,T(0C),100C,200C,300C,,,,,,,,。