第五章 大气静力稳定度

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①未饱和气块，垂直位移时按干绝热变化，垂直减
温率 = d 。
1、 Γ > d 2、 d =Γ 3、 Γ < d
不稳定 中性 稳定
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-㏑P γd γ T
稳定大气
-㏑P
γd γ
T
不稳定大气
γd
γ
T
中性大气
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现举例说明：设有A、B、C 三团空气，均未饱和，其位置都在 离地200m的高度上，在作升降运动时其温度均按干绝热直减率 变化，即1℃/100m。而周围空气的温度直减率γ分别为 0.8℃/100m、1℃/100m 和1.2℃/100m，则可以有三种不同的 稳定度（图2· 25）：
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气块在受扰后， 有一铅直虚位移，若 气块到达新位置后有 返回原来位置的趋势， 则为稳定气层；
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气块在受扰后，有一 铅直位移，若气块到达新 位置后既无离开又无返回 原来位置的趋势，则为中 性气层；（随遇平衡）
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气块在受扰后，有一铅直 虚位移，若气块到达新位置 后有离开原来位置的趋势， 则为不稳定气层；
绝对稳定
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T ln p图上干绝热线( d )和假绝热线( s ) 又是等位
温线和假相当位温线，因此也有如下判据：
z
0
绝对不稳定
z
0
及
se
z
0
条件性不稳定
se 0
z
绝对稳定
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讨论条件性不稳定厚气层或自地面以上对流层整层 大气是否稳定时，由于大气温度的垂直分布很复杂，
Γ值不是常数，虽可分别判断不同高度气层的稳定
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②饱和气块，垂直上升时按假绝热变化，垂直减温
率 = s 。
1、 Γ > s 2、 s =Γ 3、 Γ < s
不稳定 中性 稳定
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并且有 s < d 。因此Γ 和 d 、 s 有如下三种可
能：
1、 Γ > d 绝对不稳定
2、 d >Γ> s 条件性不稳定
3、 Γ < s
（大气层结稳定度）
大气中的对流，时强时弱，持续时间长短不一，这是什么原因呢？ 据研究，这和大气层结稳定度有密切的关系。
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5.1 大气静力稳定度的判定法（气块法） 5.2 条件性不稳定 5.3 地整层气层升降时稳定度的变化 5.4 逆温层
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大气层结：大气温度和湿度的垂直分布。
处于静力平衡状态的大气中，一些空气团块受到动 力因子或热力因子的扰动，就会产生向上或向下的 垂直运动。
由于气块上升时的温度变化是确定的，因此浮力 的正负取决于厚气层的温度层结。
度，却难以判断整个气层的稳定度状况。 可以用大气不稳的能量来判断整层大气的稳定状况
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设有条件性不稳定厚气层 ，在气层的底部任取一空 气块 ，气块上升的加速度应是：
dw dt
B
g
Tv Tve Tve
考虑净浮力做功以及气块动能变化
单位质量 空气净浮力
d w d z g Tv Tve d z
根据准静力条件和状态方程
dw dt
g
T Te Tve
1、当 T
Te
时，则
dw dt
0。说明若气块比周围空气
暖时，可获得向上的加速度。
2冷、时当，T将获 T得e 时向，下则的d加dwt速度0。。说明若气块比周围空气
3差、时若，T气块T的e 时垂，直dd加wt 速度0。为说零明。气块与周围空气无温
这种偏离其平衡位置的垂直运动能否继续发展，是 由大气层结即大气温度和湿度的垂直分布所决定的。
层结大气所具有的这种影响垂直运动的特性称为大 气的静力稳定度，也称层结稳定度。
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判断静力稳定度通常采用“气块法” 。 运用气块模型，令气块离开平衡位置作微小的虚拟
位移，如果气块有回到原平衡位置的趋势，则这种 大气层结是稳定的。 如果气块既不远离平衡位置也无返回原平衡位置的 趋势，而是随遇平衡，就是中性的。 如果气块到达新位置后有继续移动的趋势，则此气 层的大气层结是不稳定的，它表明稍有扰动就会导 致垂直运动的发展。
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令 和Γ分别表示气块和环境大气的垂直减温率。当 气块从平衡位置作一微小位移dz后，其温度T就变
成
T T0 d z
Te T0 Γ d z
则气块加速度
dw ：d t
gΓ
Te
dz
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讨论
dw gΓ dz
1、若
d
t，气块的T加e 速度总是和dz的符号一
致，有加速离开原平衡位置的倾向，则大气层结是
2、静力稳定度仅指气块处在该气层中，铅直 运动发展的趋势与可能；
3、稳定气层中可以有对流运动，但不利于对 流发展；不稳定气层中若无扰动，亦不可 能发展对流，但利于对流发展。
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大气的垂直运动产生，主要决定于两个原因:一个是动 力原因，一个是热力原因。 动力原因:
飞机飞过，高山阻档,槽前和槽后等
热力原因 由于地表面局部受热不均匀，使得近地面层的空气温
不稳定层结。
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讨论
dw gΓ dz
dt
Te
若 ，加速度与dz的符号总是相反, 气块
有回到原平衡位置的趋势，垂直运动受到限 制而削弱，这种气层是稳定的。
若 ，垂直运动既不发展也不衰减，大气
层结是中性的
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归纳如下 :
Γ
不稳定 中性 稳定
这只是一般结论，大气分为未饱和饱和两种情况， 因此，应该进一步讨论
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大气稳定度是表示大气层结对气块能否产生对流 的一种潜在能力的量度。必须注意，它并不是表示气 层中已经存在的铅直运动，而是用来描述大气层结对 于气块在受外力扰动而产生垂直运动时，会起什么影 响(加速、减速或等速)。这种影响只有当气块受到外 界扰动后，才能表现出来。
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1、静力稳定度是气块与气层互为作用的综合 结论；
度在水平方向上分布不均，温度较高的空气就因密度较小 而上升，周围较冷空气因密度较大而下沉补尝。
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单位体积气块垂直
运动方程：
dw dt
(e
)g
d w (e ) g B dt
单位体积气块气块
B为净的阿基米德浮力 ， 在垂直方向上的受力 气块的稳定与否取决于B
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常用气块内外虚温差来讨论静力稳定度:
Leabharlann Baidu
dt
Tve
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利用dz=w dt ，由z0到z积分 ：
右边：净12 w浮2力将12 w单02位Δ质E量k 空 气zz0 从g Tzv0T移veT到vezd所z 作的功。
左边：转化成气块的动能增量，以Ek表示
若气块温度高于环境温度，则净浮力为正，气块 的垂直运动动能不断增加；反之，净浮力为负， 气块的动能将减小。