第三节 大气的增温和冷却

1、一、海陆的增温和冷却的差异一、海陆的增温和冷却的差异二、空气增温和冷却二、空气增温和冷却第三节第三节 大气的增温和冷却大气的增温和冷却三、大气稳定度三、大气稳定度海面和陆面的比热不同海面和陆面的比热不同海面和陆面对太阳辐射的吸收和反射不同海面和陆面对太阳辐射的吸收和反射不同一、海陆的增温和冷却的差异一、海陆的增温和冷却的差异海面和陆导热方式不同海面和陆导热方式不同二、空气的增温和冷却二、空气的增温和冷却气温的非绝热变化气温的非绝热变化气温的绝热变化气温的绝热变化绝热变化与非绝热变化绝热变化与非绝热变化（一）气温的非绝热变化（一）气温的非绝热变化q非绝热变化：非绝热变化： 与外界进行热量交换。与

2、外界进行热量交换。q绝热变化：绝热变化：由外界压力的变化对气体做功。由外界压力的变化对气体做功。气温的非绝热变化气温的非绝热变化q传导传导q辐射辐射q对流对流q湍流湍流q水相的变化水相的变化注：地面和大气之间主要以辐射为主，在气团之间以对流和湍流为主。注：地面和大气之间主要以辐射为主，在气团之间以对流和湍流为主。绝热变化绝热变化（二）气温的绝热变化（二）气温的绝热变化q湿绝热变化：湿绝热变化： 有水相变化有水相变化q干绝热变化：干绝热变化： 无水相变化无水相变化气温直减率气温直减率q干绝热直减率干绝热直减率d d ：干空气干空气和和未饱和的湿空气未饱和的湿空气块绝热上升单位距离的温度降低值。块

3、绝热上升单位距离的温度降低值。d d 1 10 0C/100mC/100mq湿绝热直减率湿绝热直减率m m ：饱和的湿空气饱和的湿空气块绝热上升单位距离的温度降低值。块绝热上升单位距离的温度降低值。d d与与m m q d d m m 因为湿空气上升达到饱和状态的高度后再作绝热上升时，一方因为湿空气上升达到饱和状态的高度后再作绝热上升时，一方面按干空气和未饱和湿空气一样膨胀冷却；另一方面因凝结作面按干空气和未饱和湿空气一样膨胀冷却；另一方面因凝结作用释放潜热抵消温度的降低值。用释放潜热抵消温度的降低值。q m m为一个变量为一个变量温度越高，温度越高， m m值越小。值越小。（温度愈高，比湿增

4、大，绝热上升过程中凝结的水汽就愈多，（温度愈高，比湿增大，绝热上升过程中凝结的水汽就愈多，放出潜热也愈多）放出潜热也愈多）气压越低，气压越低， m m值越小。值越小。（气压降低时，密度减小，体积热容量减小，由相等潜热供给（气压降低时，密度减小，体积热容量减小，由相等潜热供给空气时，气压低的空气由于潜热增高的温度增加的高）空气时，气压低的空气由于潜热增高的温度增加的高）q 、d d、m m ：大气环境的温度直减率：大气环境的温度直减率 d d ：在大气中运动的干空气或未饱和空气块干绝热温度直减率：在大气中运动的干空气或未饱和空气块干绝热温度直减率 m m ：在大气中运动的饱和空气块湿绝热温度直减

5、率：在大气中运动的饱和空气块湿绝热温度直减率三、大气稳定度三、大气稳定度大气稳定度的概念大气稳定度的概念大气稳定度的判别大气稳定度的判别（一）大气稳定度的概念（一）大气稳定度的概念研究范围：研究范围： 本书主要讨论的大气稳定度是指大气层结的稳定度。所本书主要讨论的大气稳定度是指大气层结的稳定度。所谓层结是指大气中的温度、湿度等要素的垂直分布。谓层结是指大气中的温度、湿度等要素的垂直分布。概概 念：念：就是空气块受到垂直方向上的扰动后，大气层结使空气就是空气块受到垂直方向上的扰动后，大气层结使空气块具有返回或远离原来平衡位置的趋势和程度。块具有返回或远离原来平衡位置的趋势和程度。实例分析：实例分

6、析：1001002002003003000 0A A= = 0.80.80 0C/100mC/100mB B= = 1 10 0C/100mC/100mC C= = 1.21.20 0C/100mC/100m12120 0C C12120 0C C12120 0C C11110 0C C13130 0C C11110 0C C13130 0C C11110 0C C13130 0C C12120 0C C11.211.20 0C C12.812.80 0C C12120 0C C11110 0C C13130 0C C12120 0C C10.810.80 0C C13.213.20 0C C

7、气块按干绝热运动故气块按干绝热运动故d d= = 1 10 0C/100mC/100m d d H(m)H(m)（二）大气稳定度的判别（二）大气稳定度的判别受力分析：受力分析：F = F浮浮 - G浮浮 = g - / g = maa =( - /) g / /P = RTP/ = /RT /P = P/ = P/ RT/ = P/ / RT /a =( T - T/) g / Ta =( T - T/) g / T干空气和未饱和湿空气的判别：干空气和未饱和湿空气的判别： T =T0- d d zz T / =T0- zz a =( - d d ) zz / T故：故： ( - d d ) 的

8、符号决定了加速度的符号决定了加速度a与位移与位移zz的方向是否一致。的方向是否一致。q 0z0，则，则a d d ， z0z0，则，则a 0，加速度与位移的方向一致，层结是不稳定的。，加速度与位移的方向一致，层结是不稳定的。q =d d ， 则则a =0，层结是中性的。，层结是中性的。a =( T - T/) g / T饱和湿空气的判别：饱和湿空气的判别： T =T0- m m zz T / =T0- zz a =( - m m ) zz / T故：故： ( - m m ) 的符号决定了加速度的符号决定了加速度a与位移与位移zz的方向是否一致。的方向是否一致。q 0z0，则，则a m m， z

9、0z0，则，则a 0，加速度与位移的方向一致，层结是不稳定的。，加速度与位移的方向一致，层结是不稳定的。q =m m， 则则a =0，层结是中性的。，层结是中性的。总结：总结：q 愈大，大气愈不稳定，愈大，大气愈不稳定，愈小大气愈稳定愈小大气愈稳定，如果很小大气对流受到阻碍，如果很小大气对流受到阻碍，如果如果 0则出现逆温则出现逆温q当当 m m（ m m d d（ d d m m ） 成为绝对不稳定。成为绝对不稳定。q当当d d m m 对于作垂直运动的饱和空气来说是不稳定的；对于作垂直对于作垂直运动的饱和空气来说是不稳定的；对于作垂直运动的未饱和空气来说，大气处于稳定状态。这种状态称为条件

10、性不稳定状运动的未饱和空气来说，大气处于稳定状态。这种状态称为条件性不稳定状态。态。曲线表示法：曲线表示法：Z Z1 1Z Z0 0Z ZT TT TT Ti i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） 块块T TT Ti iT TT Ti i不稳定能量的概念：不稳定能量的概念：v概念：概念：就是气层中可使单位质量的空气块离开初始位置后作加速运动的能量。就是气层中可使单位质量的空气块离开初始位置后作加速运动的能量。v类型：类型：q不稳定型不稳定型q稳定型稳定型q潜在不稳定型潜在不稳定

11、型B点称为自由对流高度点称为自由对流高度在在B点以上可以获得不稳定能量自由上升点以上可以获得不稳定能量自由上升练习：练习： 一团未饱和湿空气北行遇一团未饱和湿空气北行遇3000米高的山脉，在山脚的温度是米高的山脉，在山脚的温度是200C，在，在500米高度时开始降水，问：米高度时开始降水，问：（1）在山顶的温度是多少？）在山顶的温度是多少？（2）翻过山脉以后到达背风山脚的温度是多少？）翻过山脉以后到达背风山脚的温度是多少？（3）作气块随高度的温度变化曲线图。）作气块随高度的温度变化曲线图。（注：（注： m m =0.60C/100米）米）解解：（1）0500米高度气体作干绝热上升：米高度气体作干绝热上升： t1=t0- d d h1=200C-10C/100 *500=150C5003000米高度气体作湿