第三章 大气温度、湿度和稳定度.ppt

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第三章 大气温度、湿度和稳定度

第三章 大气温度、湿度和稳定度 引 言 大气是一个热力系统,发生在大气中的各种热力过程和状态变化可以广泛地应用热力学定律和方法来进行研究。 大气温度、湿度和稳定度在大气的热力过程和状态变化中起着十分重要的作用。同时,温度、湿度和稳定度之间还存在着互相依存和互相影响的关系。 学习内容 大气温度 水(分)循环和相变 热流量方程 绝热过程和绝热温度变化 热力学图解 大气的静力稳定度 §3.1 大气温度 一、平均气温和气温极值 平均气温: 日平均气温是一昼夜的24次、8次或4次观测值的平均数据。 月平均气温是一月内各天日平均气温相加,然后除以该月的天数所得的值。 12个月的月平均气温相加,除以12所得结果就是年平均气温。 平均气温是了解某地或某地区天气和气候的必要内容。 一、平均气温和气温极值 气温极值 气象要素的极值是指有观测记录以来该气象要素的极端数值或在某特定时段的极端数值。 平均极值 平均极值是指对每天观测到的某项极值(如最高温度)进行旬、月、年或多年平均的结果。 极端值 极端极值是以某要素在某时段内的全部极值观测记录中挑选出的最极端的数值。 二、影响地面气温的因子 引言: 造成地区气温空间变化的最大原因是各地纬度的不同,导致接收到的太阳辐射存在差异。因为太阳高度角度和日照时间是纬度的函数。 除此以外,对气温有强烈影响的因子还包括: 水、陆加热率差异 洋流影响 高度 地理位置 影响地面气温的因子 水、陆加热率差异 气温受下垫面的影响很大,因此不同性质的下垫面对气温的影响也不同。地球表面主要分为陆面和水面,它们对气温影响的区别主要体现在以下三个方面: 对太阳辐射的吸收、反射和透射率差异导致太阳能在陆面和水面分布厚度的不同 水的比热平均要比陆地大三倍,因此,对于等量的水、陆两面,上升相同温度时,水比陆地要吸收更多的热量。 水面的蒸发大于陆面的蒸发,导致水体失热过多,水温不易升高。以上各种因子的综合结果,使得水体增温缓慢,能储存更多的热能, 同时其冷却也比陆地缓慢 表3.2南、北半球气温的平均年较差(℃) 影响地面气温的因子 洋流影响 洋流可以分为: 暖洋流:由低纬度流向高纬度 冷洋流:由高纬度流向低纬度 在同一纬度,处于暖洋流一侧、受暖洋流影响的陆地某处,气温将要比不受暖洋流影响的某地高好几度;相反,受冷洋流影响的地方,其气温要比不受冷洋流影响的地方低好几度。 高度:气温随高度增加而降低。 地理位置:地理位置可对气温产生大的影响 。 三、全球海平面气温分布 全球海平面气温分布 全球海平面气温分布 海平面气温分布的基本特征 等温线大部分(尤其是南半球)趋向于接近东西向排列,同时温度从赤道向极地降低 海陆加热率差异和洋流影响使冬季北半球等温线在大陆上向赤道方向凸出,海洋上向极地方向凸出,而夏季则相反。 热赤道在夏季、冬季位置不固定。 赤道附近的气温年变化很小,随着纬度的增加,年变化幅度也增大。气温年变化幅度还随着大陆干燥度的增加而增大。 §3.2 水(分)循环·相变 一、水(分)循环 水(分)循环——地球系统水分的无止境的循环 水循环是由太阳能驱动的庞大系统,其中大气充当了连接海洋与大陆的重要作用。 水循环是水从海洋到大气,由大气到陆地,再由陆地回到海洋的持续运动。 水循环是保持地球表面水分分布的关键,它与所有大气现象有着错综复杂的关系。 水循环 二、水的相变和相平衡 水的相变: 水的物理形态(汽态、液态、固态)的变化称为水的相变。 水的相变是水循环能正常进行的基础。 水的相变伴随着热量的吸收或释放。 潜热——水在相变过程中,温度并没有发生变化,水所吸收或释放的热能。 蒸发——水由液态到固态的转化过程。 水蒸发需要吸收热量。 凝结——指水汽由气态转变成液态的过程 水汽凝结会释放潜热,而潜热的释放在强天气(雷暴、台风等)形成过程中起着重要的作用。 二、水的相变和相平衡 融解和冻结 : 融解是固态转变为液态的过程,它要求每克水吸收80卡热量。 冻结是与融解相反的过程,在这个过程中每克水释放80卡的融解潜热 。 升华与凝华 升华是用来描述固态直接转化为气态(不通过液态)的过程。 华用来表示相反的过程,即水汽直接转化为固态的过程。 二、水的相变和相平衡 相(态)平衡 ——当体系不止一相时,物质在各相之间的分布,达到平衡,各相的组成和数量不随时间而变化。 三相点——水汽、水和冰三相共存,其温度为0.0075℃,气压为6.11hPa。 过冷水——纯水冷却到0.0075 ℃以下并不会冻结,这时称其为过冷水。 三、饱和水汽压与温度的关系 克拉珀龙—克劳修斯方程 上式是克拉珀龙—克劳修斯方程的近似形式,它在热力学与云、雾降水物理学中得到广泛应用。 其中: A:

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