4-干绝热直减率-PPT.ppt

4,干绝热直减率n n一、海陆的增温和冷却的差异一、海陆的增温和冷却的差异n n二、空气的增温和冷却二、空气的增温和冷却n n（一）气温的非绝热变化（一）气温的非绝热变化n n（二）气温的绝热变化（二）气温的绝热变化n n1、气块的概念和基本假定、气块的概念和基本假定n n2、绝热过程、绝热过程2 23、泊松方程（干绝热方程）、泊松方程（干绝热方程）n nT/T0=(P/P0)0.286n n(P0、T0)表示空气块的初始状态，表示空气块的初始状态，(P、T)表示空气块最终的状态。表示空气块最终的状态。n n此方程表示了初态和终态之间的内在联此方程表示了初态和终态之间的内在联系，即绝热变化时温度随气压变化的具系，即绝热变化时温度随气压变化的具体规律。体规律。3 34、干绝热直减率、干绝热直减率n n一团干空气或未饱和的湿空气块绝热上一团干空气或未饱和的湿空气块绝热上升时，单位距离的温度降低值。用升时，单位距离的温度降低值。用 d表表示。示。n n d=（dTi/dZ)dn n理论上计算出理论上计算出 d 1.0oC/100m，即即在干绝热过程中，气块每上升在干绝热过程中，气块每上升100m，温度降低约温度降低约1oC；气块每下降气块每下降100m，温度升高约温度升高约1oC。n n若气块起始温度为若气块起始温度为To，干绝热上升干绝热上升Z高高度后，其温度为：度后，其温度为：T=To-d Z4 420oC21oC100m干干空空气气升升降降时时的的绝绝热热变变化化5 5 d与与（气温直减率气温直减率）的含义完全不同的含义完全不同n n1、d 是气块本身的降温率；是气块本身的降温率；是周是周围大气温度随高度的分布。围大气温度随高度的分布。n n2、d近似常数，；近似常数，；可有不同数值，可有不同数值，不是一个常数，不是一个常数，0.65oC/100m只是只是平均值，它可大于、小于或等于平均值，它可大于、小于或等于d，并随高度而变化。并随高度而变化。6 65、湿绝热直减率湿绝热直减率 （补充）（补充）（补充）（补充）n n饱和湿空气在与周围没有热量交换而始终保持着饱饱和湿空气在与周围没有热量交换而始终保持着饱饱和湿空气在与周围没有热量交换而始终保持着饱饱和湿空气在与周围没有热量交换而始终保持着饱和时所发生的过程，称湿绝热过程。和时所发生的过程，称湿绝热过程。和时所发生的过程，称湿绝热过程。和时所发生的过程，称湿绝热过程。n n为了研究方便，认为饱和湿空气块在绝热上升过程为了研究方便，认为饱和湿空气块在绝热上升过程为了研究方便，认为饱和湿空气块在绝热上升过程为了研究方便，认为饱和湿空气块在绝热上升过程中可能出现以下极端情况：中可能出现以下极端情况：中可能出现以下极端情况：中可能出现以下极端情况：n n认为气块绝热上升时所产生的凝结物全部留在气块认为气块绝热上升时所产生的凝结物全部留在气块认为气块绝热上升时所产生的凝结物全部留在气块认为气块绝热上升时所产生的凝结物全部留在气块内，随气块一起上升，当气块从上升运动转为下降内，随气块一起上升，当气块从上升运动转为下降内，随气块一起上升，当气块从上升运动转为下降内，随气块一起上升，当气块从上升运动转为下降时，绝热增温又会引起水滴的蒸发，以维持气块呈时，绝热增温又会引起水滴的蒸发，以维持气块呈时，绝热增温又会引起水滴的蒸发，以维持气块呈时，绝热增温又会引起水滴的蒸发，以维持气块呈饱和状态。饱和状态。饱和状态。饱和状态。n n由于气块绝热上升过程中水汽凝结所得到的潜热与由于气块绝热上升过程中水汽凝结所得到的潜热与由于气块绝热上升过程中水汽凝结所得到的潜热与由于气块绝热上升过程中水汽凝结所得到的潜热与气块绝热下降过程中水滴蒸发所失去的潜热相等，气块绝热下降过程中水滴蒸发所失去的潜热相等，气块绝热下降过程中水滴蒸发所失去的潜热相等，气块绝热下降过程中水滴蒸发所失去的潜热相等，过程是可逆的，称为可逆湿绝热过程。过程是可逆的，称为可逆湿绝热过程。过程是可逆的，称为可逆湿绝热过程。过程是可逆的，称为可逆湿绝热过程。n n这种极端情况相当于只有云而无降水的情况。这种极端情况相当于只有云而无降水的情况。这种极端情况相当于只有云而无降水的情况。这种极端情况相当于只有云而无降水的情况。7 7大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点8 8n n饱和湿空气块绝热上升时，单位距离的温度饱和湿空气块绝热上升时，单位距离的温度降低值。以降低值。以m表示。表示。n nm=（dTi/dZ)mn n设设1克饱和湿空气中含有水汽克饱和湿空气中含有水汽qs克，绝热上升，克，绝热上升，凝结了凝结了dqs克水汽，所释放出的潜热为：克水汽，所释放出的潜热为：dQ=L dqs n n应用热力学第一定律，得到湿绝热方程应用热力学第一定律，得到湿绝热方程（238）式。）式。n n此式说明，饱和湿空气上升时，温度随高度此式说明，饱和湿空气上升时，温度随高度的变化是由两种作用引起的：一种是由气压的变化是由两种作用引起的：一种是由气压变化引起，另一种是由水汽凝结时释放潜热变化引起，另一种是由水汽凝结时释放潜热引起。引起。9 9n n由此推导得：由此推导得：n nm=d+L/Cp dqs/dZ L水汽的凝结潜热；水汽的凝结潜热；Cp空气空气的定压比热；的定压比热；dqs 水汽的凝结量；水汽的凝结量；dZ高度的变化量。高度的变化量。1010n n饱和湿空气绝热上升时，一方面，同干空气饱和湿空气绝热上升时，一方面，同干空气和未饱和湿空气一样，因膨胀作功消耗内能和未饱和湿空气一样，因膨胀作功消耗内能而降温；另一方面，又因绝热冷却作用，使而降温；另一方面，又因绝热冷却作用，使气块中部分水汽凝结放出潜热，使温度降低气块中部分水汽凝结放出潜热，使温度降低值变小，所以值变小，所以m d。n nm=d+L/Cp dqs/dZn n上升，上升，dZ 0，凝结，凝结，dqs 0 则则 dqs/dZ 0n n下降，下降，dZ0 则则 dqs/dZ 0n n所以所以m d 1111m m是一个变量是一个变量(是是P P、T T的函数的函数）n n它随气温的降低而增大它随气温的降低而增大它随气温的降低而增大它随气温的降低而增大n n因为温度高，因为温度高，因为温度高，因为温度高，E E大，空气中水大，空气中水大，空气中水大，空气中水汽含量大，绝热上升时凝结汽含量大，绝热上升时凝结汽含量大，绝热上升时凝结汽含量大，绝热上升时凝结的水汽量就多，所释放的潜的水汽量就多，所释放的潜的水汽量就多，所释放的潜的水汽量就多，所释放的潜热就多，气温下降得少一些。热就多，气温下降得少一些。热就多，气温下降得少一些。热就多，气温下降得少一些。如：如：如：如：20201919，1 1mm3 3饱和饱和饱和饱和空气有空气有空气有空气有1 1g g水汽凝结；水汽凝结；水汽凝结；水汽凝结；0 0 -1-1，1 1mm3 3饱和空气只有饱和空气只有饱和空气只有饱和空气只有0.330.33g g水汽凝结。水汽凝结。水汽凝结。水汽凝结。n n表表表表2 2 4 4n n它随气压的降低而减小它随气压的降低而减小它随气压的降低而减小它随气压的降低而减小n n因为气压降低，密度减因为气压降低，密度减因为气压降低，密度减因为气压降低，密度减小，体积热容量（物体小，体积热容量（物体小，体积热容量（物体小，体积热容量（物体升高升高升高升高1 1所需的热量）所需的热量）所需的热量）所需的热量）减小。由相等的潜热供减小。由相等的潜热供减小。由相等的潜热供减小。由相等的潜热供给空气时，气压较低的给空气时，气压较低的给空气时，气压较低的给空气时，气压较低的空气由于潜热而增高温空气由于潜热而增高温空气由于潜热而增高温空气由于潜热而增高温度必然比气压较高的空度必然比气压较高的空度必然比气压较高的空度必然比气压较高的空气为多。气为多。气为多。气为多。n n表表表表2 2 4 41212n n由表由表24可看出，对可看出，对m m影响最大的是温影响最大的是温度。度。n n如如1000hpa，当温度从当温度从20改变到改变到 20时，时，m m值增大约一倍；而当值增大约一倍；而当温度为温度为20时，气压从时，气压从1000hpa改改变到变到700hpa，m m值只减小值只减小0.06/100m。n n因此，当饱和湿空气上升时，温度愈来因此，当饱和湿空气上升时，温度愈来愈低，水汽凝结量很小，愈低，水汽凝结量很小，m m逐渐增大逐渐增大而接近于而接近于d d。1313OTH湿绝热线湿绝热线干绝热线干绝热线干绝热线和湿绝热线干绝热线和湿绝热线1、d近于常数（约为近于常数（约为1oC/100m）故故 干绝热线呈一直线。干绝热线呈一直线。2、m d，所以干绝热线在左，湿所以干绝热线在左，湿 绝热线在右。同一高度上，绝热线在右。同一高度上，TmTd。TmTd3、湿绝热线下部：下陡上缓；、湿绝热线下部：下陡上缓；上部：与干绝热线平行。上部：与干绝热线平行。下面温度高，下面温度高，m小，上面温度低，小，上面温度低，m大。大。到高层水汽凝结愈来愈多，而空气到高层水汽凝结愈来愈多，而空气 中水汽的含量愈来愈少，接近中水汽的含量愈来愈少，接近 干空气，干空气，m与与 d相近。相近。（温度（温度对数压力图）对数压力图）1414n n未饱和空气在绝热上升初期，温度按干绝热未饱和空气在绝热上升初期，温度按干绝热直减率（直减率（d）下降；到某一高度后，因冷下降；到某一高度后，因冷却而成为饱和空气，再继续上升，其温度按却而成为饱和空气，再继续上升，其温度按湿绝热直减率（湿绝热直减率（m）下降。下降。n n饱和湿空气下降时，其温度变化有两种情况：饱和湿空气下降时，其温度变化有两种情况：n n若饱和湿空气中含有水滴或冰晶，在它下降若饱和湿空气中含有水滴或冰晶，在它下降过程中，由于水滴的蒸发和冰晶的升华要消过程中，由于水滴的蒸发和冰晶的升华要消耗一部分热量，因而增温率小于耗一部分热量，因而增温率小于 d。n n若饱和湿空气中没有水滴或冰晶，在它下降若饱和湿空气中没有水滴或冰晶，在它下降过程中，由于绝热增温，空气由饱和状态变过程中，由于绝热增温，空气由饱和状态变为不饱和状态，其温度要按干绝热直减率（为不饱和状态，其温度要按干绝热直减率（d）增温。增温。1515n n以上讨论了绝热变化和非绝热变化。以上讨论了绝热变化和非绝热变化。n n同一时间对同一空气团而言，温度的变化同一时间对同一空气团而言，温度的变化常是两种原因共同引起的。常是两种原因共同引起的。n n当空气团停留在某地或在地面附近作水平当空气团停留在某地或在地面附近作水平运动时，运动时，P变化小，气温的非绝热变化是变化小，气温的非绝热变化是主要的。主要的。n n当空气团作升降运动时，当空气团作升降运动时，P变化快，气温变化快，气温的绝热变化是主要的。的绝热变化是主要的。1616三、空气温度的个别变化三、空气温度的个别变化 和局地变化和局地变化n n个别变化：单位时间内个别空气质个别变化：单位时间内个别空气质点的温度变化。空气质点在大气中点的温度变化。空气质点在大气中不断地改变位置，不易直接观测。不断地改变位置，不易直接观测。n n局地变化：某一固定地点空气温度局地变化：某一固定地点空气温度随时间的变化。如：气象站不同时随时间的变化。如：气象站不同时间的温度观测记录。间的温度观测记录。1717平流变化平流变化n n由于空气的移动所造成的某地温度由于空气的移动所造成的某地温度的变化。的变化。n n冷空气向暖空气方面流动的情形，冷空气向暖空气方面流动的情形，称为冷平流。使空气温度局地降低。称为冷平流。使空气温度局地降低。n n暖空气向冷空气方面流动的情形，暖空气向冷空气方面流动的情形，称为暖平流。使空气温度局地升高。称为暖平流。使空气温度局地升高。1818它们之间的关系：它们之间的关系：如：预报北京的温度如：预报北京的温度蒙古国蒙古国 高空：西北气流高空：西北气流 近地层：近地层：20北京北京 近地层：近地层：0要考虑两方面的作用：要考虑两方面的作用：1、据空气的移动，预计、据空气的移动，预计36小时后，小时后，蒙古冷空气将移到北京；北京应蒙古冷空气将移到北京；北京应下降下降20。平流变化。平流变化2、冷空气移动过程中本身温度的、冷空气移动过程中本身温度的变化。变化。个别变化个别变化。冷空气南下时冷空气南下时吸收下垫面的热量，据估计，将升吸收下垫面的热量，据估计，将升高高10。所以：北京所以：北京36小时后，降温小时后，降温10。局地变化局地变化=平流变化平流变化+个别变化个别变化 1919以上为定性说明，教材上还作了定量以上为定性说明，教材上还作了定量分析，得到公式分析，得到公式2 57（45），表明：），表明：n n温度的局地变化决定于：温度的局地变化决定于：1、空气平流运动传热过程引起的局地气、空气平流运动传热过程引起的局地气温变化；温变化；平流变化平流变化 2、空气垂直运动传热过程引起的局地、空气垂直运动传热过程引起的局地气温变化；一般，上升，气温降低；下气温变化；一般，上升，气温降低；下沉，气温升高。（绝热变化）沉，气温升高。（绝热变化）3、热流入量（非绝热变化）；收入，、热流入量（非绝热变化）；收入，气温升高；支出，气温降低。气温升高；支出，气温降低。个个别别变变化化2020四、大气静力稳定度四、大气静力稳定度许多天气现象的发生，都和大气稳许多天气现象的发生，都和大气稳定度有着密切的关系。定度有着密切的关系。2121（一）大气静力稳定度的概念（一）大气静力稳定度的概念n n大气中对流运动能否得到发展，对流发展的大气中对流运动能否得到发展，对流发展的强弱与持续时间的长短，主要取决于大气本强弱与持续时间的长短，主要取决于大气本身的层结状态（层结身的层结状态（层结大气中温度和湿度等大气中温度和湿度等要素的垂直分布）。要素的垂直分布）。n n通常以在静止大气中受到垂直方向冲击力的通常以在静止大气中受到垂直方向冲击力的一气块，在不同大气层结的影响下所产生的一气块，在不同大气层结的影响下所产生的不同的运动状态来判断大气层结的稳定情况。不同的运动状态来判断大气层结的稳定情况。（这种方法称为气块法）（这种方法称为气块法）2222n n大气静力稳定度（大气层结稳定度）是大气静力稳定度（大气层结稳定度）是指气块受任意方向扰动后，返回或远离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。原平衡位置的趋势和程度。n n它表示在大气层中的个别空气块是否安它表示在大气层中的个别空气块是否安于原在的层次，是否易于发生垂直运动，于原在的层次，是否易于发生垂直运动，即是否易于发生对流。即是否易于发生对流。2323假如有一团空气受到对流冲击力的假如有一团空气受到对流冲击力的假如有一团空气受到对流冲击力的假如有一团空气受到对流冲击力的作用，产生了向上或向下的运动，作用，产生了向上或向下的运动，作用，产生了向上或向下的运动，作用，产生了向上或向下的运动，则可能出现以下三种情况：则可能出现以下三种情况：则可能出现以下三种情况：则可能出现以下三种情况：1、气团受力移动后，逐渐减速（、气团受力移动后，逐渐减速（a0），），并有并有返回原高度的趋势，这时的气层对该气团而言返回原高度的趋势，这时的气层对该气团而言是稳定的。是稳定的。2、气团一离开原位就逐渐加速（、气团一离开原位就逐渐加速（a0），），并有并有远离原高度的趋势，这时的气层对该气团而言远离原高度的趋势，这时的气层对该气团而言是不稳定的。是不稳定的。3、气团被推到某一高度后，既不加速也不减速、气团被推到某一高度后，既不加速也不减速（a=0），），这时的气层对该气团而言是中性气这时的气层对该气团而言是中性气层。层。2424 注意：注意：n n大气静力稳定度只是用来描述大气层结大气静力稳定度只是用来描述大气层结对于气块的垂直运动起什么影响（加速、对于气块的垂直运动起什么影响（加速、减速或等速）的一个概念，减速或等速）的一个概念，n n这种影响只有当气块受到外界的冲击力这种影响只有当气块受到外界的冲击力以后才能表现出来，以后才能表现出来，n n它并不表示大气中已经存在的垂直运动它并不表示大气中已经存在的垂直运动状态。状态。2525 大气静力稳定度与大气中对流发展大气静力稳定度与大气中对流发展的强弱密切相关，例如：的强弱密切相关，例如：n n在稳定的大气层结下，对流运动受到抑制，在稳定的大气层结下，对流运动受到抑制，常出现雾、层状云、连续性降水或毛毛雨等常出现雾、层状云、连续性降水或毛毛雨等天气现象。天气现象。n n而在不稳定的大气层结时，对流运动发展旺而在不稳定的大气层结时，对流运动发展旺盛，常出现积状云、阵性降水、雷暴及冰雹盛，常出现积状云、阵性降水、雷暴及冰雹等天气现象。等天气现象。n n所以分析大气静力稳定度对天气预报和大气所以分析大气静力稳定度对天气预报和大气污染预报具有重要意义。污染预报具有重要意义。2626下面计算加速度下面计算加速度 aPiTi iPioTio ioZPo To oP T 气块扰动前后的状态气块扰动前后的状态 当气块处于平衡位置时，具当气块处于平衡位置时，具有与四周大气相同的气压、温度有与四周大气相同的气压、温度和密度，即和密度，即Pio=Po，Tio=To，io=o。当它受到扰动后，就按绝热过当它受到扰动后，就按绝热过程上升，经程上升，经Z后其状态为后其状态为Pi，Ti，i；而这时四周大气的状态为而这时四周大气的状态为P，T，。根据准静力条件有根据准静力条件有Pi=P，而而Ti T，i 。2727PiTi i浮力浮力g重力重力ig单位体积气块受力示意图单位体积气块受力示意图 单位体积气块受到两个力的作用，单位体积气块受到两个力的作用，一是四周大气对它的浮力一是四周大气对它的浮力g，方向方向垂直向上；另一是本身的重力垂直向上；另一是本身的重力ig，方方向垂直向下，二者的合力称为层结内向垂直向下，二者的合力称为层结内力，以力，以f表示，表示，f=g-ig。单位体积单位体积 V=1P T 据牛顿第二定律，据牛顿第二定律，f=ma，m=vig-ig=ia，所以所以a=（-i/i）g，由由=P/RT，i=Pi/RTi及及P=Pi代入，代入，则则a=Ti-TTg此式是判别稳定度的基本公式此式是判别稳定度的基本公式2828 a=（Ti-T/T）gn n当空气块温度比周围空气温度高，即当空气块温度比周围空气温度高，即TiT时，时，a 0，它将受到一向上的加速度。它将受到一向上的加速度。n n当空气块温度比周围空气温度低，即当空气块温度比周围空气温度低，即TiT时，时，a 0，它将受到向下的加速度。它将受到向下的加速度。n n当空气块温度与周围空气温度相同，即当空气块温度与周围空气温度相同，即 Ti=T时，时，a=0，垂直运动将不会发展。垂直运动将不会发展。2929n n综上所述，某一气层是否稳定，实际上就是综上所述，某一气层是否稳定，实际上就是某一运动的气块比周围空气轻还是重的问题。某一运动的气块比周围空气轻还是重的问题。比周围空气重，倾向于下降；轻则倾向于上比周围空气重，倾向于下降；轻则倾向于上升；一样重，则既不倾向于下降也不倾向于升；一样重，则既不倾向于下降也不倾向于上升。上升。n n空气的轻重决定于空气的轻重决定于P和和T，在在P相同的情况下，相同的情况下，空气的相对轻重问题，实际上就是空气的相对轻重问题，实际上就是T的问题的问题（=P/RT）。）。n n一团空气比周围空气冷一些，则重一些，则一团空气比周围空气冷一些，则重一些，则倾向下降，这一气层是稳定的。反之，这团倾向下降，这一气层是稳定的。反之，这团空气比周围空气暖一些，则轻一些，倾向上空气比周围空气暖一些，则轻一些，倾向上升，这一气层是不稳定的。若气团与周围温升，这一气层是不稳定的。若气团与周围温度相同，轻重一样，气层中性。度相同，轻重一样，气层中性。3030n n上式仅表示气块处于空间某一层次的情况，上式仅表示气块处于空间某一层次的情况，若要知道气块在整层空气中运动的情况，若要知道气块在整层空气中运动的情况，就得逐层加以判别，这样使用不方便。就得逐层加以判别，这样使用不方便。n n因此需要找出与因此需要找出与大气层结大气层结（大气中的温度、（大气中的温度、湿度随高度的分布状况；它可以利用无线湿度随高度的分布状况；它可以利用无线电探空仪等仪器测知。）相联系的稳定度电探空仪等仪器测知。）相联系的稳定度判据。判据。3131（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 （对比（对比、d、m)n1 1、干空气和未饱和湿空气的稳定度判据、干空气和未饱和湿空气的稳定度判据当气块上升当气块上升Z高度时，气块的温度为：高度时，气块的温度为：Ti=Ti0-d Z 周围空气温度为：周围空气温度为：T=T0-Z 起始温度相等：起始温度相等：Ti0=T0所以，所以，a=g-dTZ当当 d时，时，a0，则层结是稳定的；则层结是稳定的；当当 d时，时，a0，则层结是不稳定的；则层结是不稳定的；当当=d时，时，a=0，则层结是中性的。则层结是中性的。3232131211131211131211100m200m300m11.212.0 12.8 11.0 12.0 13.0 10.8 12.0 13.2 d =d d=0.8 =1.0 =1.2A B C高度高度3333层结曲线：大气温度随高度变化曲线层结曲线：大气温度随高度变化曲线状态曲线：上升空气块的温度随高度变化曲线状态曲线：上升空气块的温度随高度变化曲线ZZ1 Ti TZ0 T d Ti T重，沉重，沉 稳定稳定ZZ1 Ti TZ0 T=dTi=T中性中性ZZ1 T TiZ0 T dTiT轻，升轻，升不稳定不稳定34342 2、饱和湿空气的稳定度判据饱和湿空气的稳定度判据当气块上升当气块上升Z高度时，气块的温度为：高度时，气块的温度为：Ti=Ti0-m Z 周围空气温度为：周围空气温度为：T=T0-Z 起始温度相等：起始温度相等：Ti0=T0所以，所以，a=g-mTZ当当 m时，时，a0，则层结是稳定的；则层结是稳定的；当当 m时，时，a0，则层结是不稳定的；则层结是不稳定的；当当=m时，时，a=0，则层结是中性的。则层结是中性的。35353 3、几点结论、几点结论n n1 1、愈大，大气愈不稳定；愈大，大气愈不稳定；愈大，大气愈不稳定；愈大，大气愈不稳定；愈小，大气愈稳定。如愈小，大气愈稳定。如愈小，大气愈稳定。如愈小，大气愈稳定。如果果果果 很小，甚至等于很小，甚至等于很小，甚至等于很小，甚至等于0 0（等温）或小于（等温）或小于（等温）或小于（等温）或小于0 0（逆温），将（逆温），将（逆温），将（逆温），将是对流运动的障碍。所以习惯上常将逆温、等温及是对流运动的障碍。所以习惯上常将逆温、等温及是对流运动的障碍。所以习惯上常将逆温、等温及是对流运动的障碍。所以习惯上常将逆温、等温及 很小的气层称为阻挡层。很小的气层称为阻挡层。很小的气层称为阻挡层。很小的气层称为阻挡层。n n2 2、当、当、当、当 mm时，不论空气是否达到饱和，大气总是时，不论空气是否达到饱和，大气总是时，不论空气是否达到饱和，大气总是时，不论空气是否达到饱和，大气总是处于稳定状态，因而称为绝对稳定；当处于稳定状态，因而称为绝对稳定；当处于稳定状态，因而称为绝对稳定；当处于稳定状态，因而称为绝对稳定；当 d d时，则时，则时，则时，则相反，称为绝对不稳定。相反，称为绝对不稳定。相反，称为绝对不稳定。相反，称为绝对不稳定。n n3 3、当、当、当、当 d d mm时，对于作垂直运动的饱和空气时，对于作垂直运动的饱和空气时，对于作垂直运动的饱和空气时，对于作垂直运动的饱和空气而言，层结是不稳定的；对于作垂直运动的未饱和空而言，层结是不稳定的；对于作垂直运动的未饱和空而言，层结是不稳定的；对于作垂直运动的未饱和空而言，层结是不稳定的；对于作垂直运动的未饱和空气而言，层结是稳定的。这种情况称为条件性不稳定气而言，层结是稳定的。这种情况称为条件性不稳定气而言，层结是稳定的。这种情况称为条件性不稳定气而言，层结是稳定的。这种情况称为条件性不稳定状态。状态。状态。状态。n n若知道了某地某气层的若知道了某地某气层的若知道了某地某气层的若知道了某地某气层的值，就可分析当时大气的稳定度。值，就可分析当时大气的稳定度。值，就可分析当时大气的稳定度。值，就可分析当时大气的稳定度。3636n n应该注意的是，大气层结曲线的应该注意的是，大气层结曲线的应该注意的是，大气层结曲线的应该注意的是，大气层结曲线的 值并不时处处值并不时处处值并不时处处值并不时处处相等的，因此气块法只能判断较薄气层（此时才相等的，因此气块法只能判断较薄气层（此时才相等的，因此气块法只能判断较薄气层（此时才相等的，因此气块法只能判断较薄气层（此时才能假定能假定能假定能假定 是常数）的层结稳定度。是常数）的层结稳定度。是常数）的层结稳定度。是常数）的层结稳定度。n n另外，气块法的稳定度判据是在以下两个假定条另外，气块法的稳定度判据是在以下两个假定条另外，气块法的稳定度判据是在以下两个假定条另外，气块法的稳定度判据是在以下两个假定条件下得到的：件下得到的：件下得到的：件下得到的：n n气块在升降过程中不与周围空气发生质量、能量气块在升降过程中不与周围空气发生质量、能量气块在升降过程中不与周围空气发生质量、能量气块在升降过程中不与周围空气发生质量、能量的交换，即其状态变化是绝热的；周围大气没有的交换，即其状态变化是绝热的；周围大气没有的交换，即其状态变化是绝热的；周围大气没有的交换，即其状态变化是绝热的；周围大气没有升降运动，即周围大气是静止的。升降运动，即周围大气是静止的。升降运动，即周围大气是静止的。升降运动，即周围大气是静止的。n n这些假定显然与大气的实际情况不完全符合，所这些假定显然与大气的实际情况不完全符合，所这些假定显然与大气的实际情况不完全符合，所这些假定显然与大气的实际情况不完全符合，所以，气块法只能做到定性正确。以，气块法只能做到定性正确。以，气块法只能做到定性正确。以，气块法只能做到定性正确。n n但由于气块法简便易做，所以在实际工作中常应但由于气块法简便易做，所以在实际工作中常应但由于气块法简便易做，所以在实际工作中常应但由于气块法简便易做，所以在实际工作中常应用它。用它。用它。用它。3737n n另外，稳定气层虽不利于对流的发展，另外，稳定气层虽不利于对流的发展，但绝不能认为对流在其中不能发展。但绝不能认为对流在其中不能发展。n n如果在起始高度上有强烈的局部增温，如果在起始高度上有强烈的局部增温，尽管当时尽管当时 m，气块的垂直加速气块的垂直加速度仍然可以大于零。度仍然可以大于零。n n相反，在相反，在 d的气层中，如果没的气层中，如果没有冲击力，气块不会产生对流，更不有冲击力，气块不会产生对流，更不会发展对流。会发展对流。3838第四节第四节 大气温度随时间的大气温度随时间的变化变化 气温的变化可分为周期性变化和非周期气温的变化可分为周期性变化和非周期气温的变化可分为周期性变化和非周期气温的变化可分为周期性变化和非周期性变化两大类。由地球的自转和公转引性变化两大类。由地球的自转和公转引性变化两大类。由地球的自转和公转引性变化两大类。由地球的自转和公转引起的气温变化，在时间上是以一日或一起的气温变化，在时间上是以一日或一起的气温变化，在时间上是以一日或一起的气温变化，在时间上是以一日或一年为周期的，所以叫气温的周期性变化。年为周期的，所以叫气温的周期性变化。年为周期的，所以叫气温的周期性变化。年为周期的，所以叫气温的周期性变化。由于大气的水平运动所引起的没有明显由于大气的水平运动所引起的没有明显由于大气的水平运动所引起的没有明显由于大气的水平运动所引起的没有明显周期的变化，称为气温的非周期性变化。周期的变化，称为气温的非周期性变化。周期的变化，称为气温的非周期性变化。周期的变化，称为气温的非周期性变化。3939一、气温的周期性变化一、气温的周期性变化n n（一）气温的日变化（一）气温的日变化（一）气温的日变化（一）气温的日变化n n大气边界层（摩擦层）的温度主要受地表面增热与冷却作用大气边界层（摩擦层）的温度主要受地表面增热与冷却作用大气边界层（摩擦层）的温度主要受地表面增热与冷却作用大气边界层（摩擦层）的温度主要受地表面增热与冷却作用的影响而发生变化。的影响而发生变化。的影响而发生变化。的影响而发生变化。n n如，白天，当地表吸收太阳辐射能而逐渐增热，通过辐射、如，白天，当地表吸收太阳辐射能而逐渐增热，通过辐射、如，白天，当地表吸收太阳辐射能而逐渐增热，通过辐射、如，白天，当地表吸收太阳辐射能而逐渐增热，通过辐射、分子运动、湍流及对流运动和潜热输送等方式将热量传递给分子运动、湍流及对流运动和潜热输送等方式将热量传递给分子运动、湍流及对流运动和潜热输送等方式将热量传递给分子运动、湍流及对流运动和潜热输送等方式将热量传递给边界层大气，使大气温度随之升高；边界层大气，使大气温度随之升高；边界层大气，使大气温度随之升高；边界层大气，使大气温度随之升高；n n夜间，地表因放射长波辐射而冷却，使边界层大气温度随之夜间，地表因放射长波辐射而冷却，使边界层大气温度随之夜间，地表因放射长波辐射而冷却，使边界层大气温度随之夜间，地表因放射长波辐射而冷却，使边界层大气温度随之降低。因而引起边界层大气温度的日变化。降低。因而引起边界层大气温度的日变化。降低。因而引起边界层大气温度的日变化。降低。因而引起边界层大气温度的日变化。n n地表面对边界层大气温度的影响与地表性质有关。冷暖洋流地表面对边界层大气温度的影响与地表性质有关。冷暖洋流地表面对边界层大气温度的影响与地表性质有关。冷暖洋流地表面对边界层大气温度的影响与地表性质有关。冷暖洋流也影响洋面上空的大气。也影响洋面上空的大气。也影响洋面上空的大气。也影响洋面上空的大气。n n大气中的水平运动与垂直运动都会引起局地气温的变化。大气中的水平运动与垂直运动都会引起局地气温的变化。大气中的水平运动与垂直运动都会引起局地气温的变化。大气中的水平运动与垂直运动都会引起局地气温的变化。4040 1、特点：、特点：n nP51P51图图2 23030n n一个最高值：一个最高值：14点左右点左右n n一个最低值：日出前后，一个最低值：日出前后，由于日出时间随纬度和季节不同，因由于日出时间随纬度和季节不同，因而最低温度出现的时间是不完全相同而最低温度出现的时间是不完全相同的。的。4141为什么最高气温不出现在正午日射最强的为什么最高气温不出现在正午日射最强的时候（时候（12点），而在午后两点钟左右呢？点），而在午后两点钟左右呢？n n大气的热量主要来源于地面；地温的高低决定于地面储存热量大气的热量主要来源于地面；地温的高低决定于地面储存热量大气的热量主要来源于地面；地温的高低决定于地面储存热量大气的热量主要来源于地面；地温的高低决定于地面储存热量的多少。的多少。的多少。的多少。n n日出后，随着太阳辐射的增强，地面吸收太阳短波辐射所得到日出后，随着太阳辐射的增强，地面吸收太阳短波辐射所得到日出后，随着太阳辐射的增强，地面吸收太阳短波辐射所得到日出后，随着太阳辐射的增强，地面吸收太阳短波辐射所得到的热量，愈来愈大于地面因长波辐射而失去的热量，地面热量的热量，愈来愈大于地面因长波辐射而失去的热量，地面热量的热量，愈来愈大于地面因长波辐射而失去的热量，地面热量的热量，愈来愈大于地面因长波辐射而失去的热量，地面热量盈余，地温升高。地面长波辐射随之增强，大气吸收了地面长盈余，地温升高。地面长波辐射随之增强，大气吸收了地面长盈余，地温升高。地面长波辐射随之增强，大气吸收了地面长盈余，地温升高。地面长波辐射随之增强，大气吸收了地面长波辐射后，气温也上升。直到正午，一直如此。波辐射后，气温也上升。直到正午，一直如此。波辐射后，气温也上升。直到正午，一直如此。波辐射后，气温也上升。直到正午，一直如此。n n正午以后，太阳辐射强度开始减弱，但地面得到的热量仍比失正午以后，太阳辐射强度开始减弱，但地面得到的热量仍比失正午以后，太阳辐射强度开始减弱，但地面得到的热量仍比失正午以后，太阳辐射强度开始减弱，但地面得到的热量仍比失去的多，收入仍大于支出，所以地温继续升高，长波辐射继续去的多，收入仍大于支出，所以地温继续升高，长波辐射继续去的多，收入仍大于支出，所以地温继续升高，长波辐射继续去的多，收入仍大于支出，所以地温继续升高，长波辐射继续加强，气温也随之仍然继续升高。加强，气温也随之仍然继续升高。加强，气温也随之仍然继续升高。加强，气温也随之仍然继续升高。n n午后一点（午后一点（午后一点（午后一点（1313时）左右，地面失热比得到多，地温开始下降。时）左右，地面失热比得到多，地温开始下降。时）左右，地面失热比得到多，地温开始下降。时）左右，地面失热比得到多，地温开始下降。由于地面热量传递给空气需要一定的时间，所以最高气温出现由于地面热量传递给空气需要一定的时间，所以最高气温出现由于地面热量传递给空气需要一定的时间，所以最高气温出现由于地面热量传递给空气需要一定的时间，所以最高气温出现在在在在1414时左右。时左右。时左右。时左右。n n气温下降至日出以前地面储存的热量减至最少为止。气温下降至日出以前地面储存的热量减至最少为止。气温下降至日出以前地面储存的热量减至最少为止。气温下降至日出以前地面储存的热量减至最少为止。4242 2、气温日较差、气温日较差n n一天中气温的最高值与最低值之差。一天中气温的最高值与最低值之差。n n它的大小可反映气温日变化的程度。它的大小可反映气温日变化的程度。影响因子：影响因子：n n（1）纬度：低纬高纬；）纬度：低纬高纬；n n热带热带12、温带、温带89、极圈内、极圈内34；n n因太阳高度角的日变幅随纬度增加而减小。因太阳高度角的日变幅随纬度增加而减小。4343（2）季节：夏冬）季节：夏冬n n中纬最显著：如重庆七月中纬最显著：如重庆七月9.6，一月，一月5.1。n n中纬，正午太阳高度角随季节而有较大差异，中纬，正午太阳高度角随季节而有较大差异，夏季正午太阳高度角比冬季大得多。夏季正午太阳高度角比冬季大得多。n n热带，由于正午太阳高度角终年少变，气温日热带，由于正午太阳高度角终年少变，气温日较差随季节变化很小。较差随季节变化很小。n n极地，由于冬季有很长一段时间是极夜，夏季极地，由于冬季有很长一段时间是极夜，夏季很长一段时间是极昼，太阳辐射的日变化随季很长一段时间是极昼，太阳辐射的日变化随季节变化的程度不大，所以气温日较差随季节变节变化的程度不大，所以气温日较差随季节变化也不大。化也不大。4444（3）地形：凹地凸地；山谷山峰）地形：凹地凸地；山谷山峰n n因为在凹陷地方，空气体积受到一定限制，而且空气因为在凹陷地方，空气体积受到一定限制，而且空气因为在凹陷地方，空气体积受到一定限制，而且空气因为在凹陷地方，空气体积受到一定限制，而且空气与四周坡地相接触，所以白天空气迅速增热，而夜间与四周坡地相接触，所以白天空气迅速增热，而夜间与四周坡地相接触，所以白天空气迅速增热，而夜间与四周坡地相接触，所以白天空气迅速增热，而夜间又强烈变冷。此外，夜间冷却的空气由四周顺坡而下，又强烈变冷。此外，夜间冷却的空气由四周顺坡而下，又强烈变冷。此外，夜间冷却的空气由四周顺坡而下，又强烈变冷。此外，夜间冷却的空气由四周顺坡而下，汇集谷地。凹陷处风力微弱，空气与自由大气的交换汇集谷地。凹陷处风力微弱，空气与自由大气的交换汇集谷地。凹陷处风力微弱，空气与自由大气的交换汇集谷地。凹陷处风力微弱，空气与自由大气的交换也进行得很缓慢。也进行得很缓慢。也进行得很缓慢。也进行得很缓慢。n n相反，在凸出地形顶部，空