06第二章大气的热能和温度3.ppt

事实上，同一时间对同一团空气而言，温度的变化常常是两种原因共同引起的。何者为主，要看具体情况。 当空气团停留在某地或在地面附近作水平运动时，外界气压变化很小，受地面增热和冷却影响却很大，因而气温的非绝热变化是主要的。 空气团作升降运动时，虽然也能和外界交换热量，但垂直方向上气压的变化很快，空气团因膨胀或压缩引起的温度变化，要比和外界交换热量引起的温度变化大得多，因而气温的绝热变化是主要的。 2012-9-25 * yqun yqun 气象学与气候学第二章 大气的热能和温度3 第三节 大气的增温和冷却 2012-9-25 无云情况下地面辐射差额各分量的日变化 其中地面辐射和有效辐射曲线对正午来说是不对称的，其绝对最大值发生在12 时以后，这是由于地表最高温度出现在13 时左右造成的，因而也导致辐射差额曲线对正午的不对称。 有效辐射：地面放射辐射与大气逆辐射之差。它的日变化与温度日变化相似。 地面辐射 辐射差额：地表吸收的总辐射与有效辐射差额。夜间为负，白天为正，在日出后1h由负转正，日落前1-1.5h由正转负。 直接辐射：到达地面的太阳辐射。主要由太阳高度角决定。 其中负值表示地表辐射支出，正值表示地表辐射收入。 * 2012-9-25 I?Tb I?T K?TI?Tb * 大气的增温和冷却 大陆：受热快，冷却也快，温度升降变化大 海洋：温度变化缓慢，有延迟效应 海陆性质差异：海陆吸收太阳能不同（反射率） 太阳能在海陆分布不同（厚度） 海陆水源供应不同，蒸发量不同 各种物质的比热差异 海陆的差异 2012-9-25 * 空气的冷热程度实质上是空气内能的表现 1）由空气与外界热交换引起（非绝热变化） 2）由外界压力变化作功引起（绝热变化，没有热交换） 空气的差异 2012-9-25 * 空气的增温和冷却 1、气温的非绝热变化 空气与外界有热量交换 热量交换方式：传导、辐射、对流（暖而轻的空气上升时，周围冷而重的空气便下降补充，这种升降运动称对流）、湍流（空气的不规则运动，又称乱流） 、蒸发（升华）或凝结（凝华） 在地面与空气间，最主要的是辐射；在气团间，主要是对流和湍流，其次通过蒸发、凝结过程的潜热进行热量交换。 2012-9-25 * 2、 气温的绝热变化（空气与外界没有热量交换时的状态变化过程） 当某一气团在与外界没有任何热量交换的情况下，做上升运动，如果该气团体积不变上升到某一处，则其内部的压强会比周围大气的要高，气团为了与外界大气相平衡，气块体积要膨胀，在膨胀的过程中克服外界压力而做功，气团做功所消耗的能量取自气团内部，因此使气块温度降低，以上过程称为气温的绝热冷却。 反之，气团作下沉运动时，若与外界没有热量交换的情况下，由于外界气压比气团内部气压高，会压缩气块使气团体积缩小，同时气团内气体被压缩做功，内能增加，温度上升，这种现象称为绝热增温。 2012-9-25 * P P-ΔP P P-ΔP P+ΔP P+Δp 绝热冷却 绝热增温 气温的绝热变化 干绝热方程： 2012-9-25 * 绝热过程 升、降气块内部没有水相变化——干绝热过程 升、降过程中有水相变化——湿绝热过程 2012-9-25 * 对于空气，热力学第一定律：对某一热力学系统输入的热能应该等于该系统内能的变化与该系统所作功的和。 ?Q= ?E + ?W 系统对外所作的功 系统的内能变化 2012-9-25 * 对于理想气体，气体内能就是其分子运动的动能。对于1g气体而言，它等于Cv T （ T 为气体温度， Cv 为定容比热） 当气温变化为 时，其值为 2012-9-25 * 在定压状况下气体膨胀所作的功 P 表示压力 V 表示气体比容 2012-9-25 * 由此 利用状态方程 对它进行微分，则有 2012-9-25 * 这是气象学中热力学第一定律的常用形式 2012-9-25 * 大气热力学定律 Q是大气的热源，包括辐射加热、地球表面输送的感热和大气中因水汽凝结而释放的潜热； Cp是定压条件下的比热 ?Q = Cp ?T - α ?P 公式说明外部对大气所加的热量会引起大气温度和压力的变化。 因此，大气受热时，若大气的压力保持不变，则大气的温度要上升；若温度保持不变，则气压要降低。 2012-9-25 * 干绝热方程（泊松（Poisson）方程） 给出了干绝热过程气块初态（P0 ,T0） 和终态（P,T）之间的内在联系，即绝热变化时温度随气压变化的具体规律