《大气物理学》第6章大气热力学基础.pptx

第六章大气热力学基础;第一节热力学基本方程;一、预备知识;2）大气热力学中所讨论的系统主要有两类：

未饱和湿空气系统。可当作由干空气和水汽组成的二元单相系。

b)含液态水（或固态水）的饱和湿空气系统。是指由水滴或（和）固态水质粒组成的云雾系统，是含有干空气和水物质的二元多相系。;2、准静态过程和准静力条件;３、气块（微团）模型;３）缺陷;二、热力学第一定律;三、热流量方程;假设仅考虑体胀功，;由于空气体积不是直接测量的气象要素，上式不便应用。根据湿空气状态方程，以及比定压热容cp和比定容热容cV的关系;第二节态函数和克拉柏龙－克劳修斯方程;１、熵;2、焓;热容量和焓;根据焓的定义可知，而且可将上面的公式表示为;3、吉布斯函数;态函数的全微分形式;4.单相系熵和焓;二、相变潜热与比焓;三、克拉柏龙－克劳修斯方程;下面将利用相平衡曲线上两相化学势相等的性质来推导克拉柏龙－克劳修斯方程，当沿着相平衡曲线由（T,p)变到（T+dT,p+dp)时，两相的化学势变化应相等，即;应用化学势的定义式（6.1.35），由相变平衡条件，可得;于是有;它是由Clapeyron首先得到,并由Clausius用热力学理论导出的,所以叫克拉珀龙－克劳修斯（Clapeyron–Clausius）方程。

应指出，此方程适用于平液面，而在讨论云、雨滴等的相变过程时必须考虑曲液面的影响。;大气能量的基本形式;大气能量的组合形式;第三节大气中的干绝热过程;一、干绝热方程;公式（6.2.2）就是干空气或未饱和湿空气的绝热方程，即干绝热方程，也称为泊松方程。;考虑到实际大气中的比湿q0.04kg/kg,;∴（6.2.2）式可近似表示为;二、干绝热递减率;2、Γd的数值;由于;三、位温;2、θ的守恒性;3、应用;（6.2.8）式两边取对数再对z求导，得;由于

，

所以上式可化为;五、抬升凝结高度;在克拉柏龙－克劳修斯方程;又由可得，;3、抬升凝结高度的估算公式;第四节大气中的湿绝热过程;二、湿绝热温度递减率γs;;考虑到湿绝热上升过程中，T的变化不大，故设;两边积分，rs:rsc→0；θ:θc→θse

（从凝结高度开始积分）;2、定义：;四、假相当温度;五、焚风效应;??四节小结;第五节热力学图解;一、T-lnp图的结构;二、T-lnp图的应用;3、求各温湿特征量;6）假湿球位温θsw和假湿球温度Tsw（150页);4、求等压面间的厚度和高度;5、判断气层静力稳定度（见下节）;第六节大气静力稳定度;1、大气层结是指大气中温度和湿度的垂直分布;二、判断气层静力稳定度的基本方法;假定：;任取单位体积气块，取铅直向上方向为正，铅直方向上的运动方程为;根据状态方程，;2、直减率法—判断薄气层静力稳定度的方法;2）基本判别式;把上两式代入（6.8.4）中，有;由于干湿绝热减温率不同，即未饱和气块和饱和气块的绝热减温率不同，故需分别讨论：;气块垂直位移时按湿绝热变化，

垂直减温率;利用下列两个关系;3、不稳定能量法;2）利用T-lnp图估计不稳定能量;不稳定能量为;3）厚气层静力稳定度分型;三、整层升降对气层静力稳定度的影响;2、未饱和的稳定气层绝热抬升到整层饱和的云层时，稳定度性质可能会发生变化;2)对流性稳定（或位势稳定）气层;3)对流性中性（或位势中性）气层;本节要求;第七节绝热混合过程;有关大气现象：;二、垂直混合及湍流混合;第八节等压冷却过程;本章要求