大气物理学ppt课件
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6
2
3、抬升凝结高度的估算公式
若取Te=288K,Td=280K,则
d T d 0 .0 0 1 7 K /m d z
推出抬升凝结高度的估算公式为
TT d d 0 h 1 2 3 ( TTm ) () d d 0 2 ( 0 . 9 8 0 . 1 7 )1 0
d Q Ld v r s
大气物理学
气块（微团）模型 １）定义：是指宏观上足够小而微观上又大到含 有大量分子的封闭空气团，其内部可包含水汽、 液态水或固态水。 ２）规定（使用气块模型时的约定）
a) 此气块内Ｔ、Ｐ、湿度等都呈均匀分布，各物理量 服从热力学定律和状态方程。
b) 气块运动时是绝热的，遵从准静力条件，环境大 气处于静力平衡状态。
∴近似为
d Tg 9 . 8 / 1 0 0 40 . 9 8 K / 1 0 0 m d d zc p d
三、位温
1、定义
气块经过干绝热过程气压变为1000hPa时， 气块所具有的温度。用θ 表示，其定义式为
1000 T p
在精度要求不高的计算中常用kd代k计算θ。
利用准静力条件，周围大气静力平衡， 周围大气状态方程，上式化为
g 1 1 T e z T z R T e e e
由于
T TR , m R e e
，
所以上式可化为
Tg ( ) d T zT z c p
T 其中 称为大气温度直减率。 z
( 6 . 2 . 1 5 a )
因此，位温的垂直变化率是和(d )成正比的。如果某一层大气 的减温率=d，则整层大气位温必然相等。在对流层内，一般情 况下大气垂直减温率 < d，所以有
。 0 z
五、抬升凝结高度
1、定义：未饱和湿空气块因绝热抬升而 达到饱和的高度称为抬升凝结高度 （Lifting Condensation Level),简称LCL 2、求露点随高度变化
注意：有时误差很大。
第三节 大气中的湿绝热过程
定义：大气中有相变发生的绝热过程
一、两种极端情况
1、可逆湿绝热过程
水汽相变所产生的水成物不脱离原气块，始终跟随气块上升或 下降，所释放的潜热也全部保留在气块内部。
2、假绝热过程 水汽相变产生的水成物全部脱离气块，但所释放的潜热仍 留在气块中。 注：实际大气的湿绝热过程往往处于以上两者之间。
p pe
dpe e g dz
一、干绝热方程
RT m 在热流量方程 d Qcpd T d p p
中令dQ=0, 然后两边积分后整理，得
T p p T 0 p 0 0 p
ห้องสมุดไป่ตู้
R m c p
( 6 .2 .2 )
公式（6.2.2）就是干空气或未饱和湿空气 的绝热方程，即干绝热方程，也称为泊松 方程。
dp L 在克拉柏龙－克劳修斯方程 dT T(2 1)
中以e、Td、Lv分别代替p、T、L， 且考虑到α2>>α1
L e L d e L v v v 2 ( 6 . 2 . 1 8 ) R T d T T R T vd d d 2 T vd d e
又由
e 可得， vp
1d e 1d p ( 6 . 2 . 1 9 ) ed z pd z
ed p 2 d T d T e pd gR z d d d v T d e L v d z d e d z L v R e T e 2 R T v d
T d 6.310 T e
二、湿绝热温度递减率γs
湿绝热过程的温度递减率在各种情形之间 的差异不大，故用假绝热过程的温度递减 率来近似所有湿绝热情形下的温度递减率。
L r v d s r r s d c z p d d
( 6 . 3 . 6 )
rs rd
三、假相当位温θse
1、公式
气块吸收的热量 来自于潜热释放
称为干绝热递减率。
2、Γd的数值
在热流量方程中令dQ=0, 并整理得
RmT dp dT cp p
把准静力条件、大气静力方程、环 境空气的状态方程代入，有
RT d z m eg d T cp eRT e e
由于
TT , R R , CC e m e p p d
g dT dz c pd
有时也使用泊松方程的近似式：
( 6 . 2 . 2 ) 中 ， R 1 0 . 6 0 8) q 1 0 . 6 0 8 q m R d( d c c 1 0 . 8 6) q 1 0 . 8 6 q p p d(
考虑到实际大气中的比湿q<0.04kg/kg,
1 0.608q 1 1 0.86q
dQ dT R m dp cpT T cp p
比较上两式，可得
d d Q cT p
( 6 .2 .1 4 )
因为在干绝热过程中， dQ=0, 所以dθ=0，即干绝热过程中位温θ 是守恒量。
四、位温垂直梯度
（6.2.8）式两边取对数再对z求导，得
1 1 T 1 p z T z p z
R 2 8 7 d 0 . 2 8 6 d c 0 0 4 p d 1
∴（6.2.2）式可近似表示为
T p T 0 p 0
0 .2 8 6
(6 .2 .4 )
二、干绝热递减率
1、定义： 作干绝热升降运动 的气块温度随高度 的变化率，
d dT dz
2、应用
1）可用于追溯气块或气流的源地以及 研究它们以后的演变
2）用于判断气层静力稳定度
3、θ的守恒性
(6.2.8)两边取对数然后微分，可得
d d T d p T p
( 6 . 2 . 1 2 )
RT 对热流量方程 d Qcpd T m d p 两边同除以cpT, 则有 p
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3、抬升凝结高度的估算公式
若取Te=288K,Td=280K,则
d T d 0 .0 0 1 7 K /m d z
推出抬升凝结高度的估算公式为
TT d d 0 h 1 2 3 ( TTm ) () d d 0 2 ( 0 . 9 8 0 . 1 7 )1 0
d Q Ld v r s
大气物理学
气块（微团）模型 １）定义：是指宏观上足够小而微观上又大到含 有大量分子的封闭空气团，其内部可包含水汽、 液态水或固态水。 ２）规定（使用气块模型时的约定）
a) 此气块内Ｔ、Ｐ、湿度等都呈均匀分布，各物理量 服从热力学定律和状态方程。
b) 气块运动时是绝热的，遵从准静力条件，环境大 气处于静力平衡状态。
∴近似为
d Tg 9 . 8 / 1 0 0 40 . 9 8 K / 1 0 0 m d d zc p d
三、位温
1、定义
气块经过干绝热过程气压变为1000hPa时， 气块所具有的温度。用θ 表示，其定义式为
1000 T p
在精度要求不高的计算中常用kd代k计算θ。
利用准静力条件，周围大气静力平衡， 周围大气状态方程，上式化为
g 1 1 T e z T z R T e e e
由于
T TR , m R e e
，
所以上式可化为
Tg ( ) d T zT z c p
T 其中 称为大气温度直减率。 z
( 6 . 2 . 1 5 a )
因此，位温的垂直变化率是和(d )成正比的。如果某一层大气 的减温率=d，则整层大气位温必然相等。在对流层内，一般情 况下大气垂直减温率 < d，所以有
。 0 z
五、抬升凝结高度
1、定义：未饱和湿空气块因绝热抬升而 达到饱和的高度称为抬升凝结高度 （Lifting Condensation Level),简称LCL 2、求露点随高度变化
注意：有时误差很大。
第三节 大气中的湿绝热过程
定义：大气中有相变发生的绝热过程
一、两种极端情况
1、可逆湿绝热过程
水汽相变所产生的水成物不脱离原气块，始终跟随气块上升或 下降，所释放的潜热也全部保留在气块内部。
2、假绝热过程 水汽相变产生的水成物全部脱离气块，但所释放的潜热仍 留在气块中。 注：实际大气的湿绝热过程往往处于以上两者之间。
p pe
dpe e g dz
一、干绝热方程
RT m 在热流量方程 d Qcpd T d p p
中令dQ=0, 然后两边积分后整理，得
T p p T 0 p 0 0 p
ห้องสมุดไป่ตู้
R m c p
( 6 .2 .2 )
公式（6.2.2）就是干空气或未饱和湿空气 的绝热方程，即干绝热方程，也称为泊松 方程。
dp L 在克拉柏龙－克劳修斯方程 dT T(2 1)
中以e、Td、Lv分别代替p、T、L， 且考虑到α2>>α1
L e L d e L v v v 2 ( 6 . 2 . 1 8 ) R T d T T R T vd d d 2 T vd d e
又由
e 可得， vp
1d e 1d p ( 6 . 2 . 1 9 ) ed z pd z
ed p 2 d T d T e pd gR z d d d v T d e L v d z d e d z L v R e T e 2 R T v d
T d 6.310 T e
二、湿绝热温度递减率γs
湿绝热过程的温度递减率在各种情形之间 的差异不大，故用假绝热过程的温度递减 率来近似所有湿绝热情形下的温度递减率。
L r v d s r r s d c z p d d
( 6 . 3 . 6 )
rs rd
三、假相当位温θse
1、公式
气块吸收的热量 来自于潜热释放
称为干绝热递减率。
2、Γd的数值
在热流量方程中令dQ=0, 并整理得
RmT dp dT cp p
把准静力条件、大气静力方程、环 境空气的状态方程代入，有
RT d z m eg d T cp eRT e e
由于
TT , R R , CC e m e p p d
g dT dz c pd
有时也使用泊松方程的近似式：
( 6 . 2 . 2 ) 中 ， R 1 0 . 6 0 8) q 1 0 . 6 0 8 q m R d( d c c 1 0 . 8 6) q 1 0 . 8 6 q p p d(
考虑到实际大气中的比湿q<0.04kg/kg,
1 0.608q 1 1 0.86q
dQ dT R m dp cpT T cp p
比较上两式，可得
d d Q cT p
( 6 .2 .1 4 )
因为在干绝热过程中， dQ=0, 所以dθ=0，即干绝热过程中位温θ 是守恒量。
四、位温垂直梯度
（6.2.8）式两边取对数再对z求导，得
1 1 T 1 p z T z p z
R 2 8 7 d 0 . 2 8 6 d c 0 0 4 p d 1
∴（6.2.2）式可近似表示为
T p T 0 p 0
0 .2 8 6
(6 .2 .4 )
二、干绝热递减率
1、定义： 作干绝热升降运动 的气块温度随高度 的变化率，
d dT dz
2、应用
1）可用于追溯气块或气流的源地以及 研究它们以后的演变
2）用于判断气层静力稳定度
3、θ的守恒性
(6.2.8)两边取对数然后微分，可得
d d T d p T p
( 6 . 2 . 1 2 )
RT 对热流量方程 d Qcpd T m d p 两边同除以cpT, 则有 p