气象学与气候学第二章大气的热能与温度27页PPT

T T0 dT
将 d
dT' dZ
与
dT dZ
代入上式有：
T' T0 d dZ ，T T0 dZ （对于未饱和空气干空气按 γd 变化）
∴T T' ( d )dZ ………………………………………③
将③代入②式，得
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F1
G
d
T
dZm' g
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讨论： <1> d 0
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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：
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• 类似地可引出表示温度变化的特征量：
• 平均温度(mean temperature)：日平均温度、年 平均温度
• 振幅(amplitude) — 又叫变幅、较差(range)，即 一个周期中最高值与最低值之差。
• 日较差(diurnal range) ：一天中气温最高值与最 低值之差 。
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。
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
∵
Z
T
d
Z
0，
d时，气层稳定
∴
Z
0，
d时，气层不稳定
Z
0，
时，气层中性
d
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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。
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) 。
3) 地形(geographical relief)：凸地变幅小，凹地 变幅大，因为凹地白天散热慢，夜间有效辐射强
4) 下垫面性质(features of underlying surface)： 水面上日较差小，陆地上大
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判断大气稳定度的基本方法
气块在受到扰动后上升z高度后自身产生的加
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：
F= mg-m’g =(－’) V g
, P, T
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：
’, P’, T’
用状态方程代入：
a T'T g T
由此可见空气的稳定度取决于 气块与周围空气的温度差。
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z
0 , P0 , T0 0 , P0 , T0
3
∴RT ' RT' => T ' ' T
F1
G
'Vg
' m'
'
g
'
1m'
g
T
'T T
m'
g
……②
设气块在起始位置高度的温度和环境温度相同，均等于 T0，于是：
T' T0 dT'
平展型 扇型
漫烟型 熏烟型
波浪型
锥型
爬升型 屋脊型
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大气温度随时间的变化
• 气温随时间的变化有两种周期：年变化和 日变化。
• 气温的周期性变化类似于正弦函数的变化， 因此可用与正弦函数类似的几个特征量来 表示其变化规律。
• 表示正弦函数的特征量有： • 平均值 • 振幅 • 位相
气块上升时，dZ↗，F1 G 0 a 0 ，符合不稳定条件；
气块下降时，dZ↘。F1 G 0 a 0 ，符合不稳定条件。
∴ d 0 无论上升、下降均属于不稳定状态。 <2> d 0
气块上升， dZ↗，F1 G 0 a 0 ，稳定状态；
气块下降，dZ↘。F1 G 0 a 0 ，稳定状态。
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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 条件性不稳定 d
绝对稳定 干稳湿中性
干中性 绝对不稳定 湿不稳
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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。
d 0 <3>
F1 G 0 a 0 ，中性状态。 2006-9-30
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∴ 判断大气是否稳定：
对于未饱和空气、干空气，可利用 d 0 来判断；
而对饱和空气而言，用 m 0 来判别，
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不稳定能量
• 不稳定能量就是气层中可使单位质量空气 块离开初始位置后作加速运动的能量。
• 气层能提供给气块的不稳定能可分为下述 三种情况：
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大气稳定度对大气污染的影响
• 大气稳定度对烟流扩散有很大的影响，不同稳定度导致从烟囱 排出的烟羽形状不同。下面是与稳定度有关的五种典型烟流：
• 年较差(annual range) ：一年内最热月与最冷月 的月平均温度之差06-9-30
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• 气温的周期性变化
(1)气温的日变化(diurnal variation) : 近地层气温的变化主要取决于下垫面温度 的变化，变化特点有：
1、位相比地面落后，且随高度的升高而 推迟。1.5m高处日最高温度出现在14~15 时左右，最低气温出现在日出前后。
2、振幅随高度的升高而减小。
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• 影响气温日较差的因素：
1) 纬度(latitude)：日较差随纬度减小。因高纬度 白天气温低、夜间有效辐射少。
2) 季节(season) ：夏季大、冬季小，但最大在春 季，最小在冬季