大气热力过程7.pdf

第七章 大氣熱力過程 本章之內容將討論大氣中之主要二種熱力過程：第一種 為等壓冷卻 (isobaric cooling) ；第二種為絕熱過程 (adiabatic processes) 。對於等壓過程而言 q 0 ; dp 0  dh q ( ∵dh q dp) (7.0.1) 而對於絕熱過程而言 ，則是 q 0 ; dp 0  dh dp (7.0.2) 因此 ，對於等壓絕熱過程而言 ，下式成立 dh q dp 0  h const (7.0.3) 因此等壓絕熱過程即為等焓過程 。 大氣中有很多過程可以視為絕熱過程，例如一個氣塊 ，若 其體積夠大而使得其內 部特性對邊界附近之變化不敏感 ，則可視之為封閉絕熱系統 ，此種絕熱假設對於簡化 大氣中的許多物理問題 ，有很 大的幫助 。 等壓冷卻 露點 與霜點 7-1 讓我們首先考慮一濕空氣塊的等壓冷卻過程 ，假設其比濕 ( q ) 、混合比 ( r )和水氣 壓 ( e ) 在冷卻過程中保持不變 ，但是相對濕度 【(RH )m 】則因飽和水氣壓 ( ew )的減少 而增加 【見 (4.6.11) 式】。假使繼續冷卻 ，則將使 ew 趨近於 e ，此時空氣將達到飽 和 。我們將空氣依 等壓冷卻方式達到飽和的溫度稱 為露點溫度 (dew point temperature, T ) 。另外這種飽和若是 對冰而非對水即定壓冷卻結霜( ) ，則稱之為霜點溫 d 度 (frost point temperature, T ) 。 f 接著考慮壓力改變 例如氣塊上升或下降( ) 之情形 ，此時由於壓力變化 ，系統的濕 度也將有變化 。若吾人想找出露點 、混合比 、和全壓力之間的關係 ，則必須藉助於 Clausius-Clapeyron 方程。  r 將(4.6.12) 式中的 r  e  e p 等號左右各取自然對數得 p  d ln e d ln r d ln p (7.1.1) 另外由 Clausius-Clapeyron 方程，知 [此處(4.3.12)中 ，p已用 e取代 ；T已用 T 取代] d d ln e l v 2 (7.1.2) dT R T d v d 7-1 上式中e為溫度T時之水氣壓 ，T則為露點溫度 。解 dT 並代入(7.1.1)吾人得 d d R T 2 R T 2 dTd