航空气象第5章

航空气象学张同荣第5章大气的垂直运动垂直运动：大气在垂直方向的升降运动，称为大气的垂直运动。垂直气压梯度力（浮力）重力空气垂直运动的原因1、对流2、系统性垂直运动3、大气波动4、大气乱流空气垂直运动的种类逆温现象

对流层大气的热量主要直接来自地面的长波辐射，一般情况下，离地面越远，气温越低，即气温随高度增加而递减，平均垂直递减率为0.65℃/100米。但在一定条件下，对流层的某一高度有时也会出现气温随高度增加而升高的现象，这种气温逆转的现象就是逆温。逆温地面辐射冷却空气平流冷却空气下沉增温空气的乱流混合锋面逆温层的形成原因：夜间地面、雪面、冰面或云层顶部等因辐射冷却造成的逆温。利于辐射逆温发展的天气条件：晴朗而平静的夜晚。冬季最常见。1辐射逆温暖空气水平流经寒冷地表面形成的逆温。冬季，中纬度沿海地区较常见。平流逆温出现时常伴有雾或轻雾，能见度变坏，风速也可能较大。2平流逆温在积雪地区，暖空气流经冰、雪表面产生融雪、融冰现象。而冰雪的融化需要从近地面气层中吸收大量热量，从而使贴近地表的空气温度较低，但较高处气温仍比较高，因而形成逆温现象。融雪逆温厚度不大，约几米到几十米。3融雪逆温（雪面逆温）夜间，由于山上冷空气沿山坡流到低洼地区使原来洼地底部的较暖空气被迫抬升形成的逆温。地形逆温使洼地常出现霜冻。4地形逆温辐射逆温、平流逆温、融雪逆温、地形逆温属于近地面层逆温，其中以辐射逆温为主。近地面层逆温多由热力原因引起。由于低层空气的湍流混合作用而形成的逆温。湍流强，湍流层厚，逆温层发生的高度高湍流弱，湍流层薄，逆温层发生的高度低逆温层之下，水汽大量聚集；逆温层之上水汽含量骤减。5湍流逆温大气中整层空气下沉压缩增温所造成的逆温。下沉逆温多出现在高压区内1－2千米的高度下沉逆温常伴随晴好天气6下沉逆温（压缩逆温）由于暖气团位于冷气团之上，出现锋面上下的温差而形成的逆温。由于锋是从地面向冷空气一方倾斜的，所以锋面逆温只在冷气团所控制的地区内出现。7锋面逆温湍流逆温、下沉逆温和锋面逆温属于自由大气中的逆温，其中以下沉逆温为主，多由动力原因引起。逆温层的存在使大气具有显著的稳定性。强大的逆温能阻碍对流和湍流混合作用越过该层。逆温在对流层的各个高度上均可能出现，但以接地逆温和摩擦层内的逆温对飞行活动影响最大逆温层中，较暖而轻的空气位于较冷而重的空气上面，形成一种极其稳定的空气层，笼罩在近地层的上空，严重地阻碍着空气的对流运动，近地层空气中的水汽、烟尘、汽车尾气以及各种有害气体，无法向外向上扩散，飘浮在逆温层下面的空气层中，有利于云雾的形成、降低能见度、加重大气污染。逆温层的作用：谢谢！对流是指由于空气块与周围大气有温度差异而产生的，强烈而比较有规则的升降运动。局地空气的热升冷降运动，就是空气的对流运动。1对流的定义1、垂直运动速度大2、水平范围不大3、持续时间短2对流的特点单位体积的空气块垂直受力：ρ周围大气密度ρ’空气块密度3对流产生的原因当空气块温度高于周围大气温度时，它将获得向上的加速度；反之，则获得向下的加速度。热力热力对流动力动力对流4对流冲击力使原来静止的空气产生垂直运动的作用力，称为对流冲击力。形成原因：地面热力性质差异引起的。白天：太阳辐射作用下，空气块受热后温度高于周围空气，因而体积膨胀，密度减小，使浮力大于重力产生上升运动。晚上：地面辐射降温快，空气块冷却收缩，产生下沉运动。天气越晴朗，太阳辐射越强，热力对流越明显。热力对流冲击力由于空气运动时受到机械抬升作用引起的，如山坡迎风面对空气的抬升，气流辐合辐散造成的空气升降运动等。动力对流冲击力指气层内某一气块受垂直方向的扰动后，返回或远离原平衡位置的趋势和程度，即大气对垂直运动的阻碍程度。5大气稳定度一个空气块，当它被移动离开了原来的位置时，它逐渐减速并有返回原来高度的趋势，此时的气层对于空气块而言是稳定的气层。相反，气块会继续加速向它被移动的方向运动，气层对于空气块而言是不稳定的气层。一个空气块，当它被移动离开了原来的位置时，既不加速也不减速，此时的气层对于空气块而言是中性气层。5大气稳定度的三种情况：大气是否稳定，通常用环境空气的绝热直减率r与气块的的温度直减率（Rd或rm）的对比来判断。如气块和周围没有热量交换（绝热），气块还没有达到饱和，也没有水滴凝结出来，这个过程被称为是干绝热过程；如抬升达到饱和，再继续抬升，就会有云滴凝结出来，这时称为湿绝热过程。5大气稳定度的判别干绝热递减率湿绝热递减率环境递减率–实际测量的递减率在对流层大气，通常0.65ºC/100m1°C/100m0.4－0.7°C/100m大气稳定度是指大气对垂直运动的阻碍程度。大气是否稳定，通常用周围空气的温度直减率（γ）与上升空气块的绝热直减率（γd或γm）对比来判断。

5大气稳定度的判别13.2ºC12.0ºC10.8ºC0200100高度

(米)300某空气块未饱和时大气的稳定度11ºC11ºC11ºC12ºC12ºC12ºC13ºC13ºC13ºC12.8ºC12.0ºC11.2ºC13.0ºC12.0ºC11.0ºC1.0=1.00.8<1.01.2>1.05大气稳定度的判别对于干空气和未饱和湿空气而言，当γ<γd时，大气是稳定的；当γ>γd时，大气是不稳定的；当γ=γd时，大气是中性稳定的。对于饱和湿空气而言，当γ<γm时，大气是稳定的；当γ>γm时，大气是不稳定的；当γ=γm时，大气是中性稳定的。5大气稳定度的判别结论：r越大,大气越不稳定，r越小，大气越稳定r<rm<rd，绝对稳定,r>rm>rd，绝对不稳定,rd>r>rm，对于绝热升降的未饱和空气来说，大气是稳定的，对于绝热升降的饱和湿空气来说，是不稳定的，即所谓条件不稳定。5大气稳定度的判别ELR(EnvironmentalLapseRate)环境温度直减率DALR(DryAdiabaticLapseRate)干空气和未饱和湿空气绝热温度直减率SALR(SaturatedAdiabaticLapseRate)饱和湿空气绝热温度直减率5大气稳定度的判别温度垂直递减率稳定度1γ

>γd所有情况都不稳定2γ

=γd未饱和中性稳定;饱和不稳定3γ

<γdbut>γm未饱和稳定;饱和不稳定4γ

=

γm未饱和稳定;饱和中性稳定5γ

<

γm

所有情况都稳定6γ

<0所有情况都稳定大气中可以转换为气块动能的那部分能量。正不稳定能量，利于对流发展负不稳定能量，抑制于对流发展不稳定能量为零，中性大气6不稳定能量大量的正不稳定能量充沛的水汽足够的冲击力7对流产生和发展的条件：定义：大范围空气有规则的升降运动。特点：范围广、升降速度小、持续时间长。一般产生于大范围空气的水平气流辐合、辐散区，以及冷、暖空气交锋区。2、系统性的垂直运动实际大气中，摩擦层内低压区中风是斜穿等压线吹向低压中心，水平气流是辐合的，越靠近地面，气流与等压线交角越大，辐合作用越强。低压区盛行上升运动。（高压区相反，盛行下沉运动。）2、系统性的垂直运动低压，逆时针，辐合，上升运动高压，顺时针，辐散，下沉运动重力波：重力作用下产生的波动。波浪状起伏的云层。形成原因：1）两层密度不同的空气发生相对运动时，在交界面上会出现波动，与风吹过水面时引起波动的道