《大气热力学》PPT课件

3.1.3 饱和湿空气的热力学第一定律
当湿空气达到饱和时，将发生凝结，水汽凝结量为-dqs，释放潜热 dQ2 = -Ldqs
其中，L 为凝结潜热 L = 2499.5 - 2.39t (J/g)
对于单位质量的饱和湿空气，若外界传递给系统热量为dQ，则热力 学第一定律为
RT dQLdsqCpdT pdp
T0、P0
线之右；
II）不是常数，是气温和气压的函数。
dT dT T0
T
III）高温时，比湿大、凝结量多，故 s
小，低温时相反。
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3.4 假绝热过程和假相当位温
3.4.1 假绝热过程
第3章 大气热力学
假绝热过程特点：未饱和湿空气块刚开始上升时，按干绝热直减
率降温，至凝结高度后，若继续上升，则按湿绝热直减率降温，此时
3.1.1热力学第一定律
热力学第一定律是能量守衡定律在理想气体中的应用。对于质量 为m的理想气体（热力学系统），外界传递给系统热量dQ，等于系 统内能增加mCvdT与系统对外界作工pdV之和，即
dQ = mCvdT + pdV
其中，Cv为定容比热，单位为Jg-1K-1，T, p和V分别为热力学温度、 气压和体积 。
• 饱和湿空气块绝热变化时，气块内部有发生水相变化且凝结物全部 留在气块内，称作湿绝热过程(Wet adiabatic process)。
• 饱和湿空气块绝热变化时，气块内部有发生水相变化且凝结物部分 或全部降落离开气块，称作假绝热过程(Pseudo adiabatic process)。
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3.2 干绝热过程和位温
3.2.2 干绝热方程
第3章 大气热力学
对于干绝热过程，dQ=0, 因此，干空气热力学第一定律为
RT CpdT p dp0
或
1 dT R dp
T
Cp p
从初始状态(T0,P0)到任意状态(T,P)积分，得
T T0
P P0
R/Cp
R/Cp0.288
上述方程称为泊松方程（Poisson）,它反映了干绝热过程中，气块温
第3章 大气热力学
3.1 热力学第一定律 3.2 干绝热过程和位温 3.3 湿绝热过程 3.4 假绝热和假相当位温 3.5 热力图简介和应用 3.6 大气层结稳定度 3.7 局地温度变化的影响因素分析与判断 3.8 大气中的逆温 思考题
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气象学与气候学
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第3章 大气热力学
3.1 热力学第一定律在气象中的应用
T0、P0
T
T0
T
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3.2 干绝热过程和位温
3.2.4 位温
第3章 大气热力学
气块按干绝热过程变化到标准大气压（取1000hPa）时所具有的温
度，称为位温θ。 根据泊松方程，令p0=1000hPa, T0=θ，则
-lnp d
T
P P0
R/Cp
1000
所以：
0.2 8 8
T10p00
(ZB)。
z
zB 凝结高度
B d T0 T
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3.3 湿绝热过程
3.3.2 湿绝热直减率
第3章 大气热力学
湿绝热直减率（ s ）：湿绝热过程中，气块温度随高度的递减率。
s
dT dz
可证明：
s
d
L CP
dqs dz
z z0 z
d s
T、P
s 特征：
I） s d ，故湿绝热线总在干绝热 z0
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第3章 大气热力学
3.1 热力学第一定律在气象中的应用
3.1.2 干空气的热力学第一定律
对于单位质量的干空气，热力学第一定律为
dQ = CvdT + pdα
其中，α为干空气比容（m3/kg）。
+ R=利C用p,，干则空得气到状常态用方的程干pα空=R气T热，力并学考第虑一到定Cv热流量
LqA
se
eCpTB A
-lnp
ZB 1000
图中C是唯一的，即当全部水汽凝结
并离开气块时的高度，从C按 d 下降
到D具有的温度也就唯一，因此，精选可课件ppt
根据线确定 se
C
s
B
d
d
A
D
TB A se T
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3.4 假绝热过程和假相当位温
发生水汽凝结，若凝结物部分或全部降落离开气快，则当其下降时， 将按干绝热直减率或介于干、湿绝热直减率之间的直减率升温，当其 回到原来高度时，温度将高于上升前的温度，这个过程是不可逆过 程，即这种状态变化过程中位温不再守衡。因此，需定义一个新物理 量，能在所有绝热过程中都守衡，即假相当位温。
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3.4 假绝热过程和假相当位温
3.4.2 假相当位温：
第3章 大气热力学
未饱和湿空气块从A上升，按干 绝热直减率降温，至凝结高度B 后，继续上升至C，按湿绝热直减 率降温，期间全部水汽凝结并降落 离开气块，则当其从C按干绝热直 减率下降至1000hPa（D）具有的温 度，称为假相当位温。
假相当位温计算公式：
律形式：
dQ
dQCpdTRpTdp
其中
R=287JK-1kg-1干空气比气体常数；
Cv=716JK-1kg-1干空气定容比热； Cp=1005JK-1kg-1干空精气选课定件p压pt 比热。
dU=CVdT dU dW=Pdα
T、P α
T0、P0 α0
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第3章 大气热力学
3.1 热力学第一定律在气象中的应用
度和气压间关系
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3.2 干绝热过程和位温
3.2.3 干绝热直减率
第3章 大气热力学
干绝热过程中，气块温度随高度的递减率， d
d
dT0.98C/10m0 dz
证明：
CPd
TRTdP0 P
P RT
z z0 z
Hale Waihona Puke dP'gdz所以：
d
g CP
0.9
8C/1
0m0
z0
TT0dz
p' p
T、P d
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3.2 干绝热过程和位温
3.2.1 绝热过程
第3章 大气热力学
• 任一气块与外界之间无热量交换时的状态变化过程，叫做绝热过程 (Adiabatic process) 。
• 干空气或未饱和湿空气块绝热变化时，气块内部没有发生水相变化， 称作干绝热过程(Dry adiabatic process)。
θ T0 T
温度对数压力图解：横坐标温度T，纵坐标对数压力-lnp，该图上干
绝热过程线为一直线，称为干绝热线。干绝线上位温是不变的，因
此又称等位温线。
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3.3 湿绝热过程
3.3.1 凝结高度
第3章 大气热力学
未饱和湿空气块按干绝热过程从地 面上升时，随着气块温度下降，饱 和水汽压迅速减小，到一定高度饱 和水汽压等于水汽压，气块达到饱 和，该高度称为（抬升）凝结高度