02-大气热力学描述.ppt

* 有关大气现象： 1、混合雾的形成：两团温度不同、而都接近与饱和的空气混合后，如果达到饱和则形成混合雾。 2、喷气式飞机尾迹：145页 3、开水壶口喷出的雾气： 145页 第八节 等压冷却过程 * 有联系的大气现象： 露和霜的形成；平流雾的形成；辐射雾的形成。 本章要求 * 1、掌握热流量方程 2、知道克拉柏龙－克劳修斯方程 3、理解大气中的干绝热过程定义、知道干绝热方程、记住干绝热递减率数值、理解位温定义及保守性、知道位温垂直梯度、理解抬升凝结高度的定义、了解抬升凝结高度的估算公式 掌握干空气和未饱和湿空气及饱和湿空气的绝热变化。 绝热过程：由于空气能通过湍流交换、辐射和分子热传导与环境交换热量，故不是绝热的。但对于运动着的气块，特别是垂直运动的空气，其空气压缩或膨胀对温度产生的影响远大于空气与外界环境交换热量产生的影响。因此忽略其他作用假设气块是绝热的。 * 在绝热过程中，若讨论的是未饱和湿空气（无相变），这样的过程称为干绝热过程，干绝热过程是可逆过程，绝热过程中温度的改变完全由环境气压的改变所决定(P=ρ RT)。湿空气绝热过程中上升达到凝结高度以后，水汽就开始凝结并放出潜热。它满足泊松方程。对未饱和湿空气来说,只要在垂直运动过程中未达到饱和,均可作为干绝热过程处理。在干绝热过程中,气块每上升(或下降)100米,温度大约下降(或上升)1℃。 * 掌握干、湿绝热过程和方程,抬升凝结高度、位温、假相当位温等温湿参量。 抬升凝结高度： 未饱和湿空气绝热抬升达到饱和时的高度。 水汽开始凝结的高度称为凝结高度。凝结高度的高低取决于近地空气层的湿度大小。湿度大，凝结高度低；反之，则高。凝结高度的计算公式h=123（t0—τ0）。式中h为凝结高度，t0为百叶箱温度，τ0为近地面空气层的露点温度。 位温:是将一块干空气从其原来位置绝热压缩或膨胀到气压为标准气压（1000hPa）时所具有的温度。 * 在绝热过程中，气块的温度T与气压P之间有公式θ=T(1000/P)0.286 θ即为位温。 由于空气块在作绝热运动时，位温是保持不变的，也即是守恒的，因此可以利用θ来鉴别气块。同时，也可利用θ的垂直分布特点，来决定大气静力稳定度。如 δθ∕δZ＞0，是静力稳定的；如 δθ∕δZ＜0，是静力不稳定的；δθ∕δZ =0，是中性层结。 * 假相当位温（pseudo-equivalent potential temperature）未饱和湿空气块上升，直到气块内水汽全部凝结降落后，再按干绝热下沉到1000百帕处，此时气块所具有的温度称为该气块的假相当位温，通常以θse表示。它相当于湿空气通过假绝热过程将其水汽全部凝结降落后所具有的位温。在假相当位温中，不仅考虑了气压对温度的影响，也考虑了水汽的凝结和蒸发对温度的影响。它实际上是把温度、气压、湿度包括在一起的一个综合物理量。对于干绝热、湿绝热、假绝热过程同一气块的θse值都保守不变。Θse的这一特性常被用来鉴别气团，因气团移动中其θse值等于常数。 * 掌握大气静力稳定度的判别方法及引起稳定度变化的因子。 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。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。 * 通常采用气块法判别大气静力稳定度，令气块离开平衡位置作微小的虚拟位移，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。如果相反，气块有回到原平衡位置的趋势，则这种大气层结是稳定的。 * 大气层结稳定度判据：1）当Гγ时，为不稳定大气层结（加速离开原平衡位置）；2）当Г=γ时，为中性层结（垂直运动既不发展也不衰减）；3）若Гγ,则为稳定层结（气块有回到原平衡位置的趋势）。［其中Г和γ分别为环境气层和气块的垂直减温率］ 未饱和气块和饱和气块的γ分别用γd和γS表示 大气层结稳定度总判据： 当Гγd时，绝对不稳定； 当γdГγS,条件性不稳定； 当ГγS时，绝对稳定。 影响稳定度变化的因子:辐射和温度平流。 * * 已知某地某时的探空部分记录如下表 根据该记录，利用T-lnp 图完成下列各问（结果保留一位小数）： P（hPa） 1000 920 850 800 700 T（℃） 19 22 15 12 5 Td（℃） 18 16 15 12 5 课外练习 * 1、求920hPa的q、qs、zc（用hPa表示）、θ、θse； 2、判别从1000hPa—700hPa这一厚气层的稳定度类型； 3、判别1000hPa—920hPa气层属于对流性（位势）不稳定、对流性