大气层结稳定度

,上次课重要内容：1.湿绝热过程、湿绝热递减率2.假绝热过程、假相当位温3.T-lnp图的应用本次课主要内容：1.大气层结稳定度概念、判据2.条件、对流不稳定3.局地温度的变化,淡积云,图中的鬃积雨云正在迅速发展，云的顶部已向左侧伸展成砧状，云的底部已出现降雨。,第五节大气层结稳定度,一基本概念1大气层结2稳定度3大气层结稳定度大气层结对气块垂直运动的影响趋势和程度。可分三种情况：稳定平衡态稳定层结中性平衡态中性层结不稳定平衡态不稳定层结,二大气层结稳定度的判定法（气块法）,当垂直方向有加速度存在时，气块满足的方程：当垂直方向加速度为零时，气块是静力平衡的：,上升,下沉,引入准静力条件：代入气块的垂直方向的运动方程：（3-15）代入状态方程：得：（3-16）,为气块在垂直方向受到的合外力。当或，气块有垂直向上的加速度。只有当换句话说，静力平衡出现在或的条件下。,可见：气层是否稳定取决于气块和周围的温度（密度）差。,三稳定度判据,1用表示形式,2用、d（s）表示形式（1）干空气及未饱和湿空气设：起始时刻气块的温度与周围环境大气温度相同。气温随高度的变化：,代入（3-16）得：（3-17）（3-18）,直接在T-lnp图上进行判断看状态曲线和层结曲线的位置。状态曲线：如d、s线层结曲线：如线,d,T,T,T,-lnp,T,(2)饱和湿空气（将d换成s）（3-22）P72(3)实际大气绝对不稳定绝对稳定,常见：对干空气和未饱和湿空气是稳定的，对饱和湿空气是不稳定的。称之为条件不稳定。,3用和表示的形式P72将位温的公式代入（3-16）得：（3-20）（3-21）,将假相当位温的公式代入（3-16）得：（3-23）表明：当和随高度分布而减小，是不稳定的。,四.不稳定能量与气层稳定度的类型,不稳定能量,层结曲线与状态曲线所围面积Rd倍,1.不稳定能量把净浮力作用使得气块增加的能量，称为不稳定能量。,状态曲线在层结曲线的右侧为正的不稳定能量A+，使气块向上的动能增加。,状态曲线在层结曲线的左侧为负的不稳定能量A-，使气块向上的动能减少。,稳定型：状态曲线完全在层结曲线的左侧,2.气层稳定度类型,真潜不稳定：A+A-,假潜不稳定：A+A-,气层不稳定产生的有利条件:A-小,抬升力大.,暴雨倾盆南京2008.5.27中午迎来强对流天气5月27日上午奥运火炬在南京成功传递。在围观火炬传递的群众刚刚离去不久，中午11点时天气逐渐昏暗。12点20分左右南京城电闪雷鸣，暴雨倾盆。天色由白天瞬间变成了夜晚，汽车打开了车灯，行人就近躲雨。,五对流不稳定,1定义P752对流不稳定举例（图3-8a）,注意点：抬升前：气层的层结为AB（），气层是稳定的（为AO）。气层上干下湿,整层抬升：A点（气层的底层）湿，先达到饱和：先沿干绝热线上升，到达抬升凝结高度（O点）后，再沿湿绝热线上升（虚线）。,B点（气层的高层）干，后达到饱和：一直沿干绝热线到达点达到饱和。此时底层的气层已沿着湿绝热线到达了A点。(图）,抬升后：AB为整个气层达到饱和时的层结曲线（线），可见，气层变得不稳定了。,3对流不稳定产生的条件,（1）气层必须是上干、下湿。,（2）要有足够的抬升力，使整层抬升达到饱和。,4判据对流不稳定是整个气层抬升达到饱和时产生的，只要抬升后的气层满足的条件,对流不稳定就会出现.而要满足上述条件，气层在抬升前又必须是上干、下湿的特征即：必有：,，,对流稳定度的判据：实际计算例：当：,第七节局地温度变化的影响因素分析与判断,一热流量方程热力学第一定律（3-3）两端得P75公式：表明了单位质量空气,在单位时间内得（失）热量与温度和气压变化之间的关系。,其中：为全微分算子为水平风速为水平算子表明：个别变化为局地、平流、对流变化之和。,对T作用：p76将上两式代入热流量方程中去：,经整理得：（3-42）为热流量方程的另一种形式。二.影响温度局地变化的因素取决于三个因子：温度平流、层结稳定度与垂直速度的共同作用、热量的得失。,讨论：短期天气过程：大尺度大气：右第二项比较小局地的温度变化与温度的平流变化有关。,三个别、局地、平流变化,1个别变化：表示确定气块在运动过程中，内部状态随时间的变化。2局地变化：表示固定地点状态随时间的变化。,3平流变化：表示由于要素场分布不均匀，空气的水平运动引起某地状态随时间的变化。：温度平流：湿度平流,大小为与温度梯度之间的夹角（）垂直于等温线由高指向低。,四.温度平流的判断,为暖平流，图3-9（a）,风由高吹向低温区，使局地气温升高。,0c,5,10,15,-T,V,c,图3-14,为冷平流，图3-14（c）,风由低吹向高温区，使局地气温降低。,0c,5,10,15,V,-T