大氣層結(jié)穩(wěn)定度.ppt

1、,上次課重要內(nèi)容： 1. 濕絕熱過程、濕絕熱遞減率 2. 假絕熱過程、假相當(dāng)位溫 3 . T-lnp圖的應(yīng)用 本次課主要內(nèi)容： 1. 大氣層結(jié)穩(wěn)定度概念、判據(jù) 2. 條件、對流不穩(wěn)定 3. 局地溫度的變化,淡積云,圖中的鬃積雨云正在迅速發(fā)展，云的頂部已向左側(cè)伸展成砧狀，云的底部已出現(xiàn)降雨。,第五節(jié) 大氣層結(jié)穩(wěn)定度,一基本概念 1大氣層結(jié) 2穩(wěn)定度 3大氣層結(jié)穩(wěn)定度 大氣層結(jié)對氣塊垂直運動的影響趨勢和程度。 可分三種情況： 穩(wěn)定平衡態(tài)穩(wěn)定層結(jié) 中性平衡態(tài)中性層結(jié) 不穩(wěn)定平衡態(tài)不穩(wěn)定層結(jié),二大氣層結(jié)穩(wěn)定度的判定法（氣塊法）,當(dāng)垂直方向有加速度存在時，氣塊滿足的方程： 當(dāng)垂直方向加速度為零時，氣塊是

2、靜力平衡的：,上升,下沉,引入準(zhǔn)靜力條件： 代入氣塊的垂直方向的運動方程： （3-15） 代入狀態(tài)方程： 得： （3-16）,為氣塊在垂直方向受到的合外力。 當(dāng) 或 ，氣塊有垂直向上的 加速度。 只有當(dāng) 換句話說，靜力平衡出現(xiàn)在 或 的條件下。,可見： 氣層是否穩(wěn)定取決于氣塊和周圍的溫度（密度）差。,三 穩(wěn)定度判據(jù),1用 表示形式,2用 、 d （ s ）表示形式 （1） 干空氣及未飽和濕空氣 設(shè)：起始時刻氣塊的溫度與周圍環(huán)境大氣溫度相同。 氣溫隨高度的變化：,代入（3-16）得： （3-17） （3-18）,直接在T-lnp圖上進(jìn)行判斷 看狀態(tài)曲線和層結(jié)曲線的位置。 狀態(tài)曲線： 如d 、 s

3、線 層結(jié)曲線： 如 線,d,T,T,T,-lnp,T,(2) 飽和濕空氣 （ 將 d換成 s ） （3-22）P72 (3) 實際大氣 絕對不穩(wěn)定 絕對穩(wěn)定,常見： 對干空氣和未飽和濕空氣是穩(wěn)定的，對飽和濕空氣是不穩(wěn)定的。稱之為條件不穩(wěn)定。,3用 和 表示的形式 P72 將位溫的公式代入（3-16）得： （3-20） （3-21）,將假相當(dāng)位溫的公式代入（3-16）得： （3-23） 表明：當(dāng) 和 隨高度分布而減小，是不穩(wěn)定的。,四.不穩(wěn)定能量與氣層穩(wěn)定度的類型,不穩(wěn)定能量,層結(jié)曲線與狀態(tài)曲線所圍面積Rd倍,1.不穩(wěn)定能量 把凈浮力作用使得氣塊增加的能量，稱為不穩(wěn)定能量。,狀態(tài)曲線在層結(jié)曲線的

4、右側(cè)為正的不穩(wěn)定能量 A+，使氣塊向上的動能增加。,狀態(tài)曲線在層結(jié)曲線的左側(cè)為負(fù)的不穩(wěn)定能量 A-，使氣塊向上的動能減少。,穩(wěn)定型：狀態(tài)曲線完全在層結(jié)曲線的左側(cè),2.氣層穩(wěn)定度類型,真潛不穩(wěn)定：A+ A-,假潛不穩(wěn)定： A+ A-,氣層不穩(wěn)定產(chǎn)生的有利條件: A-小, 抬升力大.,暴雨傾盆 南京2008.5.27中午迎來強(qiáng)對流天氣 5月27日上午奧運火炬在南京成功傳遞。在圍觀火炬?zhèn)鬟f的群眾剛剛離去不久，中午11點時天氣逐漸昏暗。12點20分左右南京城電閃雷鳴，暴雨傾盆。天色由白天瞬間變成了夜晚，汽車打開了車燈，行人就近躲雨。,五對流不穩(wěn)定,1定義 P75 2對流不穩(wěn)定舉例（圖3-8 a）,注意

5、點： 抬升前： 氣層的層結(jié)為AB（ ）， 氣層是穩(wěn)定的 （ 為AO）。 氣層上干下濕,整層抬升： A點（氣層的底層）濕，先達(dá)到飽和：先沿干絕熱線上升，到達(dá)抬升凝結(jié)高度（O點）后，再沿濕絕熱線上升（虛線）。,B點（氣層的高層）干，后達(dá)到飽和：一直沿干絕熱線到達(dá) 點達(dá)到飽和。此時底層的氣層已沿著濕絕熱線到達(dá)了A點。(圖）,抬升后：A B 為整個氣層達(dá)到飽和時的層結(jié)曲線（ 線），可見， 氣層變 得不穩(wěn)定了。,3對 流不穩(wěn)定產(chǎn)生的條件,（1）氣層必須是上干、下濕。,（2）要有足夠的抬升力，使整層抬升 達(dá)到飽和。,4 判據(jù) 對流不穩(wěn)定是整個氣層抬升達(dá)到飽和時產(chǎn)生的，只要抬升后的氣層滿足 的條件,對流不穩(wěn)

6、定就會出現(xiàn). 而要滿足上述條件，氣層在抬升前又必須是上干、下濕的特征 即 ： 必有 ：,，,對流穩(wěn)定度的判據(jù)： 實際計算 例： 當(dāng)：,第七節(jié) 局地溫度變化的影響因素分析與判斷,一熱流量方程 熱力學(xué)第一定律（3-3）兩端 得P75公式： 表明了單位質(zhì)量空氣,在單位時間內(nèi)得（失）熱量與溫度和氣壓變化之間的關(guān)系。,其中： 為全微分算子 為水平風(fēng)速 為水平算子 表明：個別變化為局地、平流 、對流變化之和。,對T作用 ： p76 將上兩式代入熱流量方程中去：,經(jīng)整理得： （3-42） 為熱流量方程的另一種形式。 二.影響溫度局地變化的因素 取決于三個因子： 溫度平流、 層結(jié)穩(wěn)定度與垂直速度的共同作用、

7、熱量的得失 。,討論： 短期天氣過程： 大尺度大氣：右第二項比較小 局地的溫度變化與溫度的平流變化有關(guān)。,三個別、局地、平流變化,1個別變化： 表示確定氣塊在運動過程 中，內(nèi)部狀態(tài)隨時間的變化。 2 局地變化： 表示固定地點狀態(tài)隨時 間的變化。,3平流變化： 表示 由于要素場分布不均勻，空氣的水平運動引起某地狀態(tài)隨時間的變化。 ：溫度平流 ： 濕度平流,大小 為 與溫度梯度 之間的夾角 （ ） 垂直于等溫線由高指向低。,四.溫度平流的判斷,為暖平流，圖3-9（a）,風(fēng)由高吹向低溫區(qū)，使局地氣溫升高。,0c,5,10,15,- T,V,c,圖3-14,為冷平流，圖3-14（c）,風(fēng)由低吹向高溫區(qū)，使局地氣溫降低。,0c,5,10,15,V,-