大气层结稳定度PPT课件

上次课重要内容：
1. 湿绝热过程、湿绝热递减率 2. 假绝热过程、假相当位温 3 . T-lnp图的应用
本次课主要内容：
1. 大气层结稳定度概念、判据 2. 条件、对流不稳定 3. 局地温度的变化
淡积云
图中的鬃积雨云正在迅速发展，云的顶部已向左侧伸展成砧状，云的底部已出现降雨。
第五节 大气层结稳定度
z
对流稳定
se
实际计算
se
例：
s e (s )e50 0 (s )e700
当：
对流不稳定
se 0 对流稳定
第七节 局地温度变化的影响因素分析与判断
一．热流量方程
热力学第一定律（3-3）两端
1 dt
得P75公式：
ddQ t cp
dTRTdp dt p dt
表明了单位质量空气,在单位时间内得（失）热 量与温度和气压变化之间的关系。
1.不稳定能量 把净浮力作用使得气块增加的能量，称为不 稳定能量。
不稳定能量＝ 1 2w 2 21 2w 1 2R dp p 1 2(T T ')d( ln p )
＝层结曲线与状态曲线所围面积Rd倍
状态曲线在层结曲线的右侧为正的不 稳定能量 A+，使气块向上的动能增加。
状态曲线在层结曲线的左侧为负的不 稳定能量 A-，使气块向上的动能减少。
一．基本概念
1．大气层结 2．稳定度 3．大气层结稳定度
大气层结对气块垂直运动的影响趋势和程度。 可分三种情况：
稳定平衡态—稳定层结 中性平衡态—中性层结 不稳定平衡态—不稳定层结
二．大气层结稳定度的判定法（气块法）
当垂直方向有加速度存在时，气块满足的方程：
dw1 p g
dt Z w dZ w0 上升
dtdd z t
五．对流不稳定
1．定义 P75 2．对流不稳定举例（图3-8 a）
注意点： 抬升前： 气层的层结为AB（ ），
气层是稳定的 d （ d 为AO）。 气层上干下湿
qAqB
γs
γ γd γd γ
整层抬升：
A点（气层的底层）湿，先达到饱和：先沿干绝 热线上升，到达抬升凝结高度（O点）后，再沿 湿绝热线上升（虚线）。
（2）要有足够的抬升力，使整层抬升 达到饱和。
4． 判据
对流不稳定是整个气层抬升达到饱和时 产生的，只要抬升后的气层满足 s 的条件,对流不稳定就会出现.
而要满足上述条件，气层在抬升前又必
，
须是上干、下湿的特征
即 ： qAqB
必有 ： se 0
z
对流稳定度的判据：
对流不稳定
se 0 中性
g T T'
为气块在垂直方向受到的合外力。
当 T T ' 或 '，气块有垂直向上的
加速度。
只有当 dw 0 dt
p g
z
换句话说，静力平衡出现在 TT' 或 ' 的条件下。
可见：
气层是否稳定取决于气块和周围的温 度（密度）差。
三． 稳定度判据
1．用 dw
dt
表示形式
dw 0 dt
不稳定 中性 稳定
2．用 γ 、 γd （ γs ）表示形式
（1） 干空气及未饱和湿空气 设：起始时刻气块的温度与周围环境大 气温度相同。 气温随高度的变化：
环境T T0 dz 气块T T0 ddz
代入（3-16）得：
dw g(
dt T
d)dz
（3-17）
d
不稳定,有利于上升运动
dw 0 中性，对气块垂直运动无作用
将位温的公式代入（3-16）得：
ddw tg
dzzBiblioteka （3-20）0 z
不稳定
dw 0 中性
dt
稳定
（3-21）
将假相当位温的公式代入（3-16）得：
se 0
z
不稳定
dw 0 中性
dt
稳定
（3-23）
表明：当 和 se 随高度分布而减小，是
不稳定的。
四.不稳定能量与气层稳定度的类型
dt
稳定，不利于上升运动
（3-18）
直接在T-lnp图上进行判断—— 看状态曲线和层结曲线的位置。
状态曲线： 如γd 、 γs线
层结曲线： 如 γ线
层结曲线在状态左 曲侧 线（ 的不）
d 层结曲线与状态合 曲（ 线中 重）
层结曲线在状态右 曲侧 线（ 的稳）
-lnp γ
γd γ
T T΄ T΄
γs
γ
γd
γd γ
B点（气层的高层）干，后达到饱和：一直沿 干绝热线到达 B 点达到饱和。此时底层的气 层已沿着湿绝热线到达了A'点。(图）
γs
γ
γd
γd γ
抬升后：A' B '为整个气层达到饱和时的层结
曲线（ 线），可见， s 气层变 得不稳定
了。
γs
γ
γd
γd γ
3．对 流不稳定产生的条件 （1）气层必须是上干、下湿。
其中：
duvw 为全微分算子 dt t x y z
V 全风速
uiv jw k V 2w k V2 为水平风速
2
i
x y
j
为水平算子
d d t tV 2 2w z
表明：个别变化为局地、平流 、对流变化之和。
dTT
T
对T作用 ： d t tV 2 2Twz p76
d pdd p zg w 用 状 态 方 程 pw g 代入
2.气层稳定度类型 稳定型：状态曲线完全在层结曲线的左侧
真潜不稳定：A+ > A-
假潜不稳定： A+ < A-
气层不稳定产生的有利条件: A-小, 抬升力大.
暴雨倾盆 南京2008.5.27中午迎来强对流天气 5月27日上午奥运火炬在南京成功传递。在围观火炬传递的群众刚刚
离去不久，中午11点时天气逐渐昏暗。12点20分左右南京城电闪雷鸣， 暴雨倾盆。天色由白天瞬间变成了夜晚，汽车打开了车灯，行人就近 躲雨。
T
(2) 饱和湿空气 （ 将 γd换成 γs ）
不稳定
s 中性 （3-22）P72
稳定
(3) 实际大气 d s
d (必 s ) 绝对不稳定 （s 必 d ) 绝对稳定
常见：
d s
对干空气和未饱和湿空气是稳定的，对 饱和湿空气是不稳定的。称之为条件不 稳定。
3．用 和 se 表示的形式 P72
dt w0 下沉 当垂直方向加速度为零时，气块是静力平衡的：
0 1 p g
Z
引入准静力条件： p p' pp' 'g
z z
代入气块的垂直方向的运动方程：
d dw t 1'gg g(') （3-15）
代入状态方程： ' p P
RT '
RT
得：
dwgTT' gT
dt T'
T'
（3-16）