气象学讲稿.ppt

第3章 大气热力学 3.1　热力学第一定律在大气中的应用（不讲）　3.2　干绝热过程和位温　3.3　湿绝热过程 3.4　假绝热过程和假相当位温 3.5　热力图简介和部分应用（不讲） 3.6　大气层结稳定度（不讲）　3.7　局地温度变化的影响因素分析与判断（不讲） 　3.8　大气中的逆温 3.1 热力学第一定律在大气中的应用 3.2.1 热力学第一定律（能量守恒定律） 3.1 热力学第一定律在大气中的应用 3.2.2 干空气的热力学第一定律 3.1 热力学第一定律在大气中的应用 3.2.3 饱和湿空气的热力学第一定律 3.2 干绝热过程和位温 3.2.1 概念 一个封闭系统在变化过程中与外界不发生热量交换，这种过程称为绝热过程。 空气块在垂直运动过程中可以看作是绝热过程，即dQ≈0 由于空气中水汽含量不同，空气在作垂直运动时，温度变化的情况是不同的，有两种情况 : 干绝热过程：当升、降气块内部既没有发生水相变化，又没有与外界交换热量的过程。 湿绝热过程：当升、降气块内部发生水相变化，但没有没有与外界交换热量的过程。 3.2.3 干绝热直减率γd （单位 ℃ /百米） 在干绝热过程中,气块温度随高度的变化率称干绝热直减率。即： 因此，在干绝热上升过程中，气块每升高100米温度下降约1℃ 。 气温直减率（实际大气的温度直减率，固定地点温度随高度变化率） 干绝热直减率——干空气绝热绘制温度递减率 空气块在干绝热过程中，其温度是变化的，同一气块处于不同的气压（高度）时，其温度值常常是不同的，这就给处在不同高度上的两气块进行热状态的比较带来一定困难。 3.2.4 位温θ 气块沿干绝热过程移动到标准气压（取1000百帕）处所具有的温度。用于比较不同气压下的气体热状态。 位温表达式可以看出，位温θ是温度T和气压P的函数。在气象学中，一般常用的热力图表以温度T为横坐标，以压力对数lnP为纵坐标，称为温度对数压力图解。该图上的干绝热线即为等位温线。 显然，气块在循干绝热升降时，其位温是恒定不变的。这是位温的重要性质。 必须指出，位温只是把气块的气压、温度考虑进去的特征量，并且只有在干绝热过程中才具有保守性。在湿绝热过程中，由于有潜热的释放或消耗，位温是变化的。为此，又可导引出把潜热影响考虑进去的温湿特征量。 3.3 湿绝热过程 3.3.1 凝结高度（LCL） 未饱和湿空气绝热抬升达到饱和时的高度，即水汽开始凝结的高度。 近似计算公式如下： 3.3.2 湿绝热过程和湿绝热直减率 3.3.2.1 湿绝热过程 饱和湿空气在上升的过程中，与外界没有热量交换的过程叫湿绝热过程。 湿绝热方程可表示如下： 湿绝热方程表明，饱和湿空气在绝热情况温度的变化与两种情况有关： （1）与气压有关。气块上升时气压降低，dp＜0，气块温度降低， dT＜0（因膨胀做功消耗内能而降温）。 （2）与凝结潜热有关。气块上升时水汽凝结，dps＜0，引起气块温度升高， dT＞0（因水汽凝结释放潜热而升温）。 3.3.2.2 湿绝热直减率γs 饱和湿空气绝热上升的减温率（单位距离温度的降低值） γs的性质 由 可见γs由两部分组成。 （1）气块上升， ， 气块下沉， ， （3）γs是随P、T变化的量。 气压一定，随温度上升，γs下降; 温度一定，随气压上升，γs上升。 （递减率加大） 3.4 假绝热过程和假相当位温 3.4.1???假绝热过程 3.4.2??假相当位温θse 1．定义 未饱和的湿空气微团先经干绝热过程上升到饱和，再经假绝热过程使水汽全部凝结(降落地面)，后经干绝热过程压缩到气压为1 000 hPa 处所具有的温度。 3.4.2??假相当位温θse 2．公式