文档介绍：气象学与气候学第二章大气的热能和温度大气温度的时间变化和空间分布 2006-9-30 2大气稳定度(atmospheric stability) ?空气在上升过程中的绝热变化是大气中降温最快的过程; ?上升过程中的绝热变化会导致水汽的凝结,这是大气中云、雾、雨、雪形成的最重要的原因; ?因此,判断大气中是否会产生云雾,主要就是看大气中是否会产生上升运动; ?判断空气是否会产生上升运动,就要看空气在铅直方向上位置稳定的程度,即大气稳定度。 2006-9-30 3大气稳定度(atmospheric stability) ?大气稳定度是指气块受任意方向扰动后,返回或远离原平衡位置的趋势和程度。?它表示在大气层中的个别空气块是否安于原在的层次,是否易于发生垂直运动,即是否易于发生对流。假如有一团空气受到对流冲击力的作用,产生了向上或向下的运动, 那末就可能出现三种情况: 1、如果空气团受力移动后,逐渐减速,并有返回原来高度的趋势,这时的气层,对于该空气团而言是稳定的(stable) ; 2、如空气团一离开原位就逐渐加速运动,并有远离起始高度的趋势,这时的气层,对于该空气团而言是不稳定的(unstable) ; 3、如空气团被推到某一高度后,既不加速也不减速,这时的气层,对于该空气团而言是中性气层(neutral) 。 2006-9-30 4判断大气稳定度的基本方法气块在受到扰动后上升气块在受到扰动后上升 z z 高度后自身产生的加高度后自身产生的加速度取决于气块受到的合力。速度取决于气块受到的合力。气块受到的合力为浮力与重力之差: 气块受到的合力为浮力与重力之差: F= mg- F= mg- m m’’g g =( =( ??- -??’’) ) V g V g 单位质量气块所受的力就是加速度,所以合单位质量气块所受的力就是加速度,所以合力产生的加速度: 力产生的加速度: ? 0 , P 0 , T 0? 0 , P 0 , T 0 ?’, P ’, T ’?, P, Tz 用状态方程代入: gT TTa ??'由此可见空气的稳定度取决于气块与周围空气的温度差。 2006-9-30 5 ∴'' RT RT ???=>T T '' ??????? gmT TTgmg m Vg GF' ''1'' ''' 1???????????????????????????????……②设气块在起始位置高度的温度和环境温度相同,均等于 T 0 ,于是: '' 0 dT TT?? dT TT?? 0 将 dZ dT d'???与 dZ dT ???代入上式有: dZ TT d??? 0' , dZ TT??? 0 (对于未饱和空气干空气按γ d 变化) ∴ dZ TT d)('?????………………………………………③将③代入②式,得g dZm T GF d' 1????????????? 2006-9-30 6 讨论: <1>0?? d??气块上升时, dZ↗,00 1????aGF ,符合不稳定条件; 气块下降时, dZ↘。00 1????aGF ,符合不稳定条件。∴0?? d??无论上升、下降均属于不稳定状态。<2>0?? d??气块上升, dZ ↗,00 1????aGF ,稳定状态; 气块下降, dZ↘。00 1????aGF ,稳定状态。在此状态下,不易扩散。γ=0 等温; γ<0 逆温是稳定状态中更稳定的状态。<3>0?? d??00 1????aGF ,中性状态。 2006-9-30 7 2006-9-30 8 ∴判断大气是否稳定: 对于未饱和空气、干空气,可利用?????????0 d??来判断; 而对饱和空气而言,用?????????0 m??来判别, 一般实验时用此法,但不实用,实际应用中常用另一种方法。②用位温梯度判别∵?????????? dTZ ∴?????????????????????时,气层中性, 时,气层不稳定, 时,气层稳定, d d dZ Z Z?????????0 0 0 2006-9-30 9 ③用层结曲线(大气温度随高度变化曲线)和状态曲线(即上升空气块的温度随高度的变化曲线)的分布来判断大气稳定度。 2006-9-30 10稳定度的综合判定方法: 综合干空气和未饱和湿空气的判定方法,可归纳如下: ?<? m绝对稳定? m <?<? d对干空气稳定,湿空气不稳定,此为条件性不稳定; ?>? d 绝对不稳定。以上判定方法可用如下的数轴表示: ? m? d 绝对稳定绝对不稳定条件性不稳定干稳湿中性干中性湿不稳