气候学试题学习.pptx
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1、第一节大气的增温和冷却第一节大气的增温和冷却一、海陆的增温和冷却的差异一、海陆的增温和冷却的差异1 1、影响因素、影响因素海陆反射率的不同:海陆反射率的不同:陆面对太阳光的反射率大于水面,所以海洋吸收陆面对太阳光的反射率大于水面,所以海洋吸收的太阳能多于陆地。的太阳能多于陆地。透射率和传导方式的不同:透射率和传导方式的不同:陆地所吸收的太阳能分布在很薄的地表面上,而陆地所吸收的太阳能分布在很薄的地表面上,而海水所吸收的太阳能分布在较厚的水层中。海水所吸收的太阳能分布在较厚的水层中。第1页/共62页2 2、差异、差异 大陆受热快,冷却也快,温度升降变化大。而大陆受热快,冷却也快,温度升降变化大。
2、而海洋上则温度变化缓慢海洋上则温度变化缓慢蒸发情况的不同:海面蒸发量较大,失热较蒸发情况的不同:海面蒸发量较大,失热较多,水温不易升高。陆地情况相反。多,水温不易升高。陆地情况相反。比热的不同:岩石和土壤的比热小于水的比热比热的不同:岩石和土壤的比热小于水的比热第2页/共62页二、空气的增温和冷却二、空气的增温和冷却空空气气的的冷冷热热空空气气的的内内能能空气与外界有热量空气与外界有热量交换交换外界压力对空气作外界压力对空气作功导致空气膨胀、功导致空气膨胀、收缩收缩非绝热变化非绝热变化绝热变化绝热变化第3页/共62页1 1、传导、传导 依靠分子的热运动将能量从一个分子传递给另依靠分子的热运动将
3、能量从一个分子传递给另一分子,从而达到热量平衡的传热方式一分子,从而达到热量平衡的传热方式 。2 2、辐射、辐射 是物体之间依各自温度以辐射方式交换热量的是物体之间依各自温度以辐射方式交换热量的传热方式。传热方式。3 3、对流、对流 当暖而轻的空气上升,周围冷而重的空气下降当暖而轻的空气上升,周围冷而重的空气下降补充的升降运动称为对流。对流层中热量交换的重补充的升降运动称为对流。对流层中热量交换的重要方式。要方式。(一)气温的非绝热变化(一)气温的非绝热变化第4页/共62页4 4、湍流、湍流 空气的不规则运动称为湍流,又称乱流。空气的不规则运动称为湍流,又称乱流。湍流是摩擦层中热量交换的重要方
4、式。湍流是摩擦层中热量交换的重要方式。5 5、蒸发(升华)和凝结(凝华)、蒸发(升华)和凝结(凝华)水在蒸发(或冰在升华)时要吸收热量;水在蒸发(或冰在升华)时要吸收热量;相反,水汽在凝结(或凝华)时,又会放出潜热。相反,水汽在凝结(或凝华)时,又会放出潜热。能使地面和大气之间、空气团与空气团之间发生能使地面和大气之间、空气团与空气团之间发生潜热交换。主要在对流层下半层起作用。潜热交换。主要在对流层下半层起作用。第5页/共62页(二)气温的绝热变化(二)气温的绝热变化 任一气块与外界之间无热量交换时的状态变化任一气块与外界之间无热量交换时的状态变化过程叫绝热过程。过程叫绝热过程。大气中,作垂直
5、运动的气块,其大气中,作垂直运动的气块,其状态变化接近于绝热过程。状态变化接近于绝热过程。1 1、干绝热过程、干绝热过程(1 1)含义:)含义:当升、降气块内部既没有发生水相变化,又没有与外界当升、降气块内部既没有发生水相变化,又没有与外界交换热量的过程,成为干绝热过程。交换热量的过程,成为干绝热过程。(2 2)干绝热方程(泊松方程):)干绝热方程(泊松方程):例:例:P P0 0=1000hPa,T=1000hPa,T0 0=273K=273K 则当气压为则当气压为1050hPa1050hPa时,时,T=276.7KT=276.7K 当气压为当气压为900hPa900hPa时,时,T=265
6、KT=265K第6页/共62页(3 3)干绝热直减率)干绝热直减率 干空气和未饱和湿空气气块绝热上升单位高度时干空气和未饱和湿空气气块绝热上升单位高度时的温度降低值叫干绝热直减率。用的温度降低值叫干绝热直减率。用d d表示。表示。d d1/100m1/100m2 2、湿绝热过程、湿绝热过程 (1 1)含义:)含义:气块在变化过程中,与外界无热量的交换,但发生水相气块在变化过程中,与外界无热量的交换,但发生水相的变化,称为湿绝热过程。的变化,称为湿绝热过程。(2 2)湿绝热直减率)湿绝热直减率 气块在湿绝热变化过程中,其温度随高度的递减率叫湿气块在湿绝热变化过程中,其温度随高度的递减率叫湿绝热直
7、减率,用绝热直减率,用m m表示。表示。m md d,m m不是常数,而是气压和温度的函数。不是常数,而是气压和温度的函数。第7页/共62页湿绝热直减率(度湿绝热直减率(度/百米)百米)气压气压-30-30-20-20-10-10 00101020203030100010000.930.930.860.860.760.760.630.630.540.540.440.440.380.388008000.920.920.830.830.710.710.580.580.500.500.410.417007000.910.910.810.810.690.690.560.560.470.470.380.
8、385005000.890.890.760.760.620.620.480.480.410.413003000.850.850.660.660.510.510.380.38mm随温度升高和气压减小而减小!随温度升高和气压减小而减小!第8页/共62页3 3、干、湿绝热线的比较、干、湿绝热线的比较 干绝热直减率近于常数,干绝热直减率近于常数,呈一直线,由于呈一直线,由于m md d ,湿,湿绝热线在干绝热线的右方,并绝热线在干绝热线的右方,并且下部温度高,且下部温度高,m m小,上部小,上部温度低,温度低,m m大,因此形成上大,因此形成上陡下缓的曲线,到高空,水汽陡下缓的曲线,到高空,水汽凝结越
9、来越多,含量越来越少,凝结越来越多,含量越来越少,两者相接近,趋于平行。两者相接近,趋于平行。干绝热线湿绝热线HT0md第9页/共62页同一时间对同一气团而言,温度的变化同一时间对同一气团而言,温度的变化是绝热过程和非绝热过程两者共同作用引起是绝热过程和非绝热过程两者共同作用引起的,一般而言,当空气停滞或在地面作水平的,一般而言,当空气停滞或在地面作水平运动时,非绝热变化是主要的;当气团作升运动时,非绝热变化是主要的;当气团作升降运动时,绝热变化是主要的。降运动时,绝热变化是主要的。第10页/共62页第二节 大气的稳定度一、大气稳定度的概念一、大气稳定度的概念 大气稳定度是指气块受任意方向扰动
10、后,返回或远离原平大气稳定度是指气块受任意方向扰动后,返回或远离原平衡位置的趋势和程度。衡位置的趋势和程度。表示个别空气块是否安于原在的层次,是否易于发生垂直表示个别空气块是否安于原在的层次,是否易于发生垂直运动即对流。运动即对流。一气团一气团受到对受到对流冲击流冲击力的作力的作用后,用后,会出现会出现三种情三种情况况气团受力后逐渐减速并有气团受力后逐渐减速并有返回原来位置的趋势返回原来位置的趋势气团受力后逐渐加速并有远气团受力后逐渐加速并有远离起始位置的趋势离起始位置的趋势气团受力后不加速不减速气团受力后不加速不减速气层对气团是稳气层对气团是稳定的定的气层对气团是不气层对气团是不稳定的稳定的
11、气层对气团是中气层对气团是中性的性的第11页/共62页当空气气块温度比周围空气温度高,即当空气气块温度比周围空气温度高,即T Ti iT,T,则它将受到则它将受到向上的加速度;向上的加速度;当空气气块温度比周围空气温度低,即当空气气块温度比周围空气温度低,即T Ti iT T,则受到向,则受到向下的加速度;下的加速度;当空气气块温度和周围空气温度相同,即当空气气块温度和周围空气温度相同,即T Ti i=T=T,垂直运动,垂直运动不会发展。不会发展。第12页/共62页二、判断大气稳定度的基本方法二、判断大气稳定度的基本方法大气是否稳定,通常用气温直减率大气是否稳定,通常用气温直减率与上升空气块的
12、与上升空气块的干绝热直减率干绝热直减率d或湿绝热直减率或湿绝热直减率m的对比来判断。的对比来判断。1 1、干空气稳定度的判断、干空气稳定度的判断 当干空气或未饱和的空气块上升当干空气或未饱和的空气块上升Z Z高度时高度时 当当d d,若,若Z Z0 0,则,则a a0 0,加速度与位移方向相反,加速度与位移方向相反,层结是稳定的;层结是稳定的;当当d d,若,若Z Z0 0,则,则a a0 0,加速度与位移方向一致,加速度与位移方向一致,层结是不稳定的;层结是不稳定的;当当=d d,a=0a=0,层结是中性的。,层结是中性的。第13页/共62页第14页/共62页Z1Z0ZTTTiAZ1Z0ZT
13、T TiBd稳定=d中性d不稳定Z1Z0ZTTTiC第15页/共62页2 2、湿空气稳定度的判断、湿空气稳定度的判断 同干绝热情况一致,当湿空气块上升同干绝热情况一致,当湿空气块上升Z Z高度时高度时 u当当m m,若,若Z Z0 0,则,则a a0 0,加速度与位移方,加速度与位移方向相反,层结是稳定的;向相反,层结是稳定的;u当当m m,若,若Z Z0 0,则,则a a0 0,加速度与位移方,加速度与位移方向一致,层结是不稳定的;向一致,层结是不稳定的;u当当=m m,a=0a=0,层结是中性的,层结是中性的第16页/共62页3 3、结论、结论 (1 1)愈大,大气愈不稳定;愈大,大气愈不
14、稳定;愈小,大气愈稳定愈小,大气愈稳定 (2 2)当)当m m时,由于时,由于m md d,不论空气是否达,不论空气是否达到饱和,大气总是处于稳定状态的,因而称为绝对稳到饱和,大气总是处于稳定状态的,因而称为绝对稳定;当定;当d d时则相反,因而称为绝对不稳定时则相反,因而称为绝对不稳定(3 3)当)当d dm m时,对于湿空气来说,大气是处时,对于湿空气来说,大气是处于不稳定状态的;对于未饱和空气来说,大气又是处于不稳定状态的;对于未饱和空气来说,大气又是处于稳定状态的。称为条件性不稳定状态。于稳定状态的。称为条件性不稳定状态。第17页/共62页三、不稳定能量三、不稳定能量 气层中可使单位质
15、量空气块离开初始位置后作加速运气层中可使单位质量空气块离开初始位置后作加速运动的能量叫作不稳定能量。动的能量叫作不稳定能量。气层提供给气块不稳定能的类型:气层提供给气块不稳定能的类型:1 1、不稳定型能量、不稳定型能量 气块受到向上的冲击运动,气块受到向上的冲击运动,温度高于周围大气的温度,温度高于周围大气的温度,气块不断向上运动,温差越气块不断向上运动,温差越大,不稳定能量越多,运动大,不稳定能量越多,运动越明显。越明显。P0T+AP0B层结曲线状态曲线正不稳定能量正不稳定能量第18页/共62页TAP0B层结曲线状态曲线P02 2、稳定型能量、稳定型能量 气块受冲击力气块受冲击力作用上升,温
16、度作用上升,温度低于周围空气温低于周围空气温度,抑制气块上度,抑制气块上升。升。负不稳定能量负不稳定能量第19页/共62页P0T+B层结曲线状态曲线E0潜在不稳定能量潜在不稳定能量3 3、潜在稳定型能量、潜在稳定型能量 只要在只要在P P0 0高度上有较高度上有较强的对流冲击力,使气强的对流冲击力,使气块抬升到块抬升到B B 点以上,上点以上,上升气块的温度就高于周升气块的温度就高于周围气温,从而获得上升围气温,从而获得上升加速度,对流充分发展。加速度,对流充分发展。自由对流高度第20页/共62页四、位势不稳定四、位势不稳定 在实际大气中,有时整层空气会被同时抬升,在在实际大气中,有时整层空气
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