第五章-空气的垂直运动和大气稳定度优秀PPT.ppt

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1、1.1.大气的垂直运动大气的垂直运动1.1.对流对流:指热力作用下的暖空气上升冷空气下沉。由垂直指热力作用下的暖空气上升冷空气下沉。由垂直方向的运动方程，状态方程和静力关系可以证明，当方向的运动方程，状态方程和静力关系可以证明，当气块温度气块温度TT与四周环境温度与四周环境温度T T不同时，就发生垂直运不同时，就发生垂直运动，即动，即:T T T T T T 上升运动上升运动 特点：特点：水平范围小（几公里到几十公里），持续时间短水平范围小（几公里到几十公里），持续时间短（几特别钟到几小时），垂直速度大（几特别钟到几小时），垂直速度大（1-30m/s1-30m/s）。）。通常造成雷雨大风，冰雹

2、和阵性降水等不稳定天气。通常造成雷雨大风，冰雹和阵性降水等不稳定天气。2.2.水平辐合辐散引起的垂直运动：低层辐散引起下沉运水平辐合辐散引起的垂直运动：低层辐散引起下沉运动，低层辐合引起上升运动。动，低层辐合引起上升运动。特点：水平范围大，垂直运动小。特点：水平范围大，垂直运动小。3 3锋面上的垂直运动：指暖空气沿锋面坡度爬升产生上锋面上的垂直运动：指暖空气沿锋面坡度爬升产生上升运动。升运动。4 4地形引起的垂直运动：当气流遇到高大地形或山脉时，地形引起的垂直运动：当气流遇到高大地形或山脉时，在迎风坡产生上升运动，在背风坡产生下沉运动。在迎风坡产生上升运动，在背风坡产生下沉运动。5.5.乱流乱

3、流垂直运动中气温的绝热变更垂直运动中气温的绝热变更1.1.热力学第确定律：热力学第确定律：气体作功或传递热量都能变更系统的内能。空气块在气体作功或传递热量都能变更系统的内能。空气块在垂直运动过程中可以看作是绝热过程，即垂直运动过程中可以看作是绝热过程，即dQ0dQ02.2.干绝热过程干绝热过程:干空气或未饱和湿空气作垂直升降运动时与干空气或未饱和湿空气作垂直升降运动时与四周环境不发生热量交换的变更过程，称干绝热过程。四周环境不发生热量交换的变更过程，称干绝热过程。3.3.干绝热直减率干绝热直减率:在干绝热直过程中在干绝热直过程中,气块温度随高度的变气块温度随高度的变更率称干绝热直减率。即：更率

4、称干绝热直减率。即：因此因此,在干绝热上升过程中在干绝热上升过程中,气块每上升气块每上升100100米温度下米温度下降降1 1度度,每下降每下降100100米温度上升米温度上升1 1度。即：度。即：4.4.湿绝热直减率湿绝热直减率:在湿绝热直过程中在湿绝热直过程中,气块温度随高度的变气块温度随高度的变更率称湿绝热直减率。即：更率称湿绝热直减率。即：可以证明，可以证明，m m d d，因为在湿绝热过程中，水汽，因为在湿绝热过程中，水汽凝合释放潜热使冷却作用变的缓慢。凝合释放潜热使冷却作用变的缓慢。mm不是常数，而是不是常数，而是随气压和温度变更随气压和温度变更,其中主要随气温的降低而增大。通常其

5、中主要随气温的降低而增大。通常取取 m0.6/100m m0.6/100m5.5.干绝热线：在干绝热过程中气体状态的变更曲线。干绝热线：在干绝热过程中气体状态的变更曲线。湿绝热线：在湿绝热过程中气体状态的变更曲线。湿绝热线：在湿绝热过程中气体状态的变更曲线。6.6.焚风：是一种干热风，是干湿绝热过程中，在迎风坡和背焚风：是一种干热风，是干湿绝热过程中，在迎风坡和背风坡作用的结果。风坡作用的结果。0m1000m3000m2.2.大气稳定度大气稳定度 （Atmospheric stabilityAtmospheric stability）如图小球处于三个不同位置，分别是稳定平衡，不稳定如图小球处于

6、三个不同位置，分别是稳定平衡，不稳定平衡和随遇平衡。平衡和随遇平衡。大气稳定度大气稳定度:处于静力平衡状态的大气层中，一些空气块受到动力因处于静力平衡状态的大气层中，一些空气块受到动力因子和热力因子的扰动，产生向上或向下的垂直运动。这种偏子和热力因子的扰动，产生向上或向下的垂直运动。这种偏离其平衡位置的运动能否接着发展成为对流运动，是由大气离其平衡位置的运动能否接着发展成为对流运动，是由大气层结，即温度和湿度的垂直分布所确定的。大气层结具有的层结，即温度和湿度的垂直分布所确定的。大气层结具有的这种影响对流运动的特性称为大气稳定度，又称大气静力稳这种影响对流运动的特性称为大气稳定度，又称大气静力

7、稳定度或大气层结稳定度。定度或大气层结稳定度。稳定度判别的气块法稳定度判别的气块法 通常接受通常接受“气块法气块法”推断静力稳定度。当一气块受外推断静力稳定度。当一气块受外力作用在垂直方向上产生扰动后，四周大气有使它返回起力作用在垂直方向上产生扰动后，四周大气有使它返回起始位置的趋势时，这种大气层结是稳定的；反之，大气有始位置的趋势时，这种大气层结是稳定的；反之，大气有使它接着远离起始位置的趋势时，这种大气层结是不稳定使它接着远离起始位置的趋势时，这种大气层结是不稳定的；若气块随时与四周大气取得平衡时，这种大气层结是的；若气块随时与四周大气取得平衡时，这种大气层结是中性的。中性的。影响稳定度变

8、更的因子：辐射和温度平流影响稳定度变更的因子：辐射和温度平流大气稳定度判据大气稳定度判据干绝热过程：干绝热过程：d d 层结稳定层结稳定 =d =d 中性中性 d d 层结不稳定层结不稳定湿绝热过程：湿绝热过程：m m 层结稳定层结稳定 =m =m 中性中性 m m 层结不稳定层结不稳定干湿混合绝热过程干湿混合绝热过程 d d 确定不稳定确定不稳定 m md d 条件不稳定条件不稳定 m m 确定稳定确定稳定1 1逆温定义：逆温定义：在对流层中，某一时刻某气层温度随高度上在对流层中，某一时刻某气层温度随高度上升或不变的状态称逆温。逆温所在的气层称逆温升或不变的状态称逆温。逆温所在的气层称逆温层

9、。层。2 2逆温对天气的影响：逆温对天气的影响：逆温的存在好象一个盖子，能有效地抑制对逆温的存在好象一个盖子，能有效地抑制对流的发展，阻挡水汽和尘埃等向上输送。低层逆流的发展，阻挡水汽和尘埃等向上输送。低层逆温，易发生雾或低云天气。温，易发生雾或低云天气。3.3.大气中的逆温大气中的逆温3 3逆温的种类：逆温的种类：（1 1）辐射逆温：夜间辐射冷却形成的逆温。条件是陆地，）辐射逆温：夜间辐射冷却形成的逆温。条件是陆地，晴朗和微风等；晴朗和微风等；（2 2）平流逆温：暖空气流到冷的下垫面（陆面或水面）平流逆温：暖空气流到冷的下垫面（陆面或水面）上形成的逆温。无日变更；上形成的逆温。无日变更；（3 3）下沉逆温：高空空气绝热下沉增温而形成的逆温。）下沉逆温：高空空气绝热下沉增温而形成的逆温。多出现在高压区，范围广，厚度大；多出现在高压区，范围广，厚度大；（4 4）乱流逆温：低层空气的乱流混合作用形成的逆温。）乱流逆温：低层空气的乱流混合作用形成的逆温。多发生在摩擦层中部。多发生在摩擦层中部。（5 5）锋面逆温：冷暖气团交界的过渡层内形成的逆温。）锋面逆温：冷暖气团交界的过渡层内形成的逆温。本章结束本章结束