大气物理空气状态方程

E
当e<E时，空气中水汽没有达到饱和 当e>E时，空气中的水汽已超过饱和 只有在实验室里，在极其纯净的空气中可以得到 当e=E时，空气中水汽正好达到饱和
E
T
绝对湿度参量
1．绝对湿度 – 单位体积空气中所含水蒸汽的质量 – 单位：kg/m3
ρ
m水汽 v＝——— V
– 2.混合比：湿空气中水汽的质量与湿空气中干空气质量的比
气温非周期变化
是由于大规模的气流交替而引起的。
气压就是指大气的压强，任意高度上的气压值 等于单位面积上所承受的大气柱的重量。 一般用p来表示。
2.气压
气压是大气分子运动撞击物体表面产生的力，单位体积中的气体分子越多，则气压越高
托里拆利实验
• 大气压强的大小
• • • • • ：
• 由于P气=P水=ρ水gh水，
• • •
2.露点温度差 未饱和湿空气的温度与饱和湿空气的温度差（T-Td ） （T-Td ）>0为未饱和状态
•
Baidu Nhomakorabea• •
（T-Td ）=0为饱和状态
（T-Td ）<0为过饱和状态 （T-Td ）越小，空气越接近饱和
1.4空气的状态方程
从物理学的角度，通常用质量、体积、温度和压强来表征大气的物理状态，这四个 参量之间是相互联系，相互影响、相互制约的。 对于一定质量的空气，其体积、温度和压强之间存在一定的函数关系， 例如，一个小空气块做上升运动时，随着高度的增大，其所受到的环境大气的压力 减小，气块的体积发生膨胀，压强减小，同时由于体积膨胀做功，消耗内能，气块 的温度降低。
华氏温标（F）
用符号℉表示 F=1.8t+32 水的沸点212℉ 冰的融点32℉
请在这里输入您的标题
气温差异为什么 这么大
我国 温度 极值
2
1965年7月新疆吐鲁番民航机场 48.9oC 1969年2月13日黑龙江漠河 –52.3oC 相差超过100oC
大气的时空变化
周期／非周期 变化 大气温度的时间变化， 包括由地球的自转和公 转引起的气温周期性变
三、虚温与湿空气的状态方程
– q为比湿
• 令 Tv = (1+0.608q)T • 称为虚温。 • 湿空气的状态方程为：
p Rd (1 0.608 q)T
p RdTv
三、虚温与湿空气的状态方程
• Tv = (1+0.608q)T
• 所谓虚温（virtual temperature），它是指混合比 湿为q的湿空气变成同样压强和同样比容的干空气 时的假想温度。
单 峰




日变化
双 峰


三 峰
大陆上最大值出现在冬季，最小值出现在夏季 海洋上最大值出现在夏季，最小值出现在冬季 高山上最大值出现在夏季，最小值出现在冬季


年变化


3.湿度
•
• • 空气湿度：空气中水汽含量的多少或潮湿程度。 湿度参量：表征空气中水汽含量的多少和潮湿程 度的物理量。 水汽压、饱和水汽压 相对湿度 露点温度 湿度参量
值。
m水汽 r＝———— m干空气
3.比湿：湿空气中水汽的质量与湿空气总质量的比值。
q
mw m w md
=0.622e/P
4、露点温度（ Td ） 定义：对于含有水汽的湿空气，在不改变气压和水汽含量的情况下， 降低温度而使空气达到饱和状态时的温度。 E 水汽含量越高， e 露 E 点越高
e
3000m 气压随高度的变化
P=∫ρ g dz 海拔越高，气压越低
1000m
•实质：气压的大小决定于整个空气柱 的质量多少。 •气压随着高度增加而降低。
乙 甲
300hpa(9000m）
500hpa(5500m） 700hpa(3000m）
850hpa(1500m）
1000hpa(海平面）
气压不仅与高度有关，而且与空间位置、 时间也有关。
两个简单的实验----两个基本的定律：
• 波意耳实验： • 在温度一定下：
• V与P成反比
• P=K1/V
• K1为常数
• 查理氏实验
• 在气压一定时，体积
• 的变化决定于温度：
• V=K2T
1.理想空气状态方程
• • • 大量实验证明，常温常压下，一定质量气体的P乘以V，再除以 T，其商不变： P1V1/T1=P2V2/T2=· · · =PnVn/Tn，即 PV/T=常量 m M ρ= P= ρRT PV= M · R*T V 可见：T一定时，P与ρ成正比； ρ一定时，P与T成正比。 分子运动论：气压大小决定于器壁单位面积上单位时间内受到 的碰撞次数及每次碰撞的平均动能大小。 ρ大，分子数量多，碰撞次数多，P大； T高，分子平均动能大，P大。
当空气获得热量时，其分子运动的平均速度增大，平均动
能增加，气温升高。
T
气温的实质是空气分子平均动能大小
反之......
绝对温标（T）
热力学温标表示的温度称为热力学 温度或绝对温度，单位为开尔文， 用符号K表示。 绝对温度为273.16K。
摄氏温标（t）
用符号℃表示 T=273.15+t 水的沸点温度100℃ 冰的融点0℃
（ T, e） T Td T
相对湿度参量
• 1、相对湿度（f） 定义：空气的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的百分比值。
e f 100% E
• 相对湿度越大，空气越接近饱和，相对湿度越小，空气越不饱 和 • 注意：相对湿度的大小只能表示空气距离饱和的相对程度，不 能反映实际水汽含量的大小。
知识图解
温标
水汽压、饱和水汽压 相对湿度 露点温度
湿度参量
绝对温标 摄氏温标 华氏温标
饱和差
比湿
理想空气状态方程 空气状态 方程 干空气状态方程 混合比 绝对湿度
湿空气状态方程
参考资料
• 主要是课本上的知识点 • 结合在网上找到的补充资料
好的想法
• • • • 1.弄清三种温标的区别以及之间的转换 2.理解气压的原理，压高公式 3.不同种湿度参量之间的区别及运用 4.结合现实生活理解空气状态方程
• Tv > T Tv/T≈1
重难点问题
• • • • 1.三种温标的含义及之间的转换 2.压高公式 3.湿度的多种参量的熟悉掌握 4.空气状态方程公式的推导以及熟练运用
问题思考
1. 2. 3. 4. 5. 气压的定义、单位？标准大气压？压高公式？ 温度的定义、单位及转换？ 湿度的几种定义、单位？ 大气纬向平均温度随纬度、高度分布的特征？ 理想气体、干空气、湿空气的状态方程？
– 一般在高纬度气压高，而低纬度气压低； – 并且，它不仅有日变化、季节变化、年际变化，而且还有非 周期的变化。 • 这些非周期变化将产生不同的天气和气候异常现象，如 在冬季，我国北方气压变低之后，经常出现阴雨天气， 而后有寒潮的到来。

最大值出现在清晨 最小值出现在午后 最大值出现在9—10点、21—22点 最小值出现在3—4点、15—16点
• • • • •
• 由于干空气的各种气体的比例是固定， 它的密度可表示成各种气体的密度的和。 • 根据道尔顿气体分压定律： – 互不起化学变化的成分混合而成的气 体，其气体的总压强等于个种成分气 体的分压强之和。
2.干空气状态方程
• P= ρdRdT • Md=28.964g/mol • Rd=R*/Md=8.31/28.97 =287 J/Kg· K
• 饱和水汽压（E）：
• 饱和空气的水汽压称为饱和水汽压（E），也叫最 大水气压，因为超过这个限度，水气就要凝结。
• 水汽含量没有达到极限的空气称为未饱和 湿空气，其 实际水汽压为e
• 2、 饱和水汽压（E） • 定义：饱和湿空气中水汽的分压强。
• 反映空气的最大水汽容纳能力.
• 饱和水汽压仅取决于温度（马格奴斯半经验公式）
饱和差
比湿 混合比 绝对湿度
空气湿度参量
• 1、 水汽压（e） 定义：空气中水汽的分压强。
• 单位：百帕 (hPa)
•
1百帕(hPa) = 100帕斯卡(Pa)
水汽压e
• 反映空气中水汽含量的多少 • 水汽含量
• 饱和空气： • 在温度一定情况下，单位体积空气中的水汽量有 一定限度。如果水汽含量达到此限度，空气就成 饱和状态，这时的空气称饱和空气。
化，以及由大气运动引
起的非周期性变化。
气温周期变化
日较差随纬度增高 而减少，随海拔高 度增加而减少；晴 天大阴天小；夏季 大冬季小；大陆大
年较差随纬度增高而增大，
日变化
随海拔高度增加而减少； 大陆大海洋小；内陆大沿 海小。 气温的年变化反映了气候
海洋小。
季节变化
上的冷暖，是划分气候季 节的重要指标。
而ρ水太小，需h水很大，玻 璃管的长度有限，改用增大ρ 液，减小h液的方法，取ρ液 很大的液体——水银来测大 气压的大小。
当选定温度为 0℃ ，纬度为 45°的海平面时， 气压为 1013.25 hPa，称为一个标准大气 压。 在气象和工程中还常用标准大气压（atm） 作为压力单位， 即 1atm = 1013.25 hPa。
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1.3大气的状态参数 与 1.4空气的状态方程
在气象学上，大气的物理性状主要以气象要素和空气状态方程来表征。
知识点介绍 1.3大气的状态参数
• • • • 气温 气压 温度 风 • 云 • 能见度 • 降水
1.气温
• 定义：大气的冷热程度的物理量 目前，气象观测和记录的气温，是指离地面一定高度上（规定 离地面1.5m高），放在百叶窗箱里的温度计测得的空气温度。 • 一般用T来表示。