大气层结稳定度

2024/3/62024/3/62024/3/62024/3/6

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

2024/3/6淡积云2024/3/6

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。

2024/3/6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

2024/3/6二．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2024/3/6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）2024/3/6

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。2024/3/6可见：气层是否稳定取决于气块和周围的温度（密度）差。2024/3/6三．

稳定度判据1．用表示形式

2024/3/62．用γ、γd

（γs

）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：2024/3/6代入（3-16）得：

（3-17）

（3-18）2024/3/6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γd

、γs线层结曲线：如γ线2024/3/6

γdγTT΄T-lnpγT΄2024/3/6(2)饱和湿空气

（将γd换成γs

）（3-22）P72(3)

实际大气

绝对不稳定绝对稳定2024/3/6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。2024/3/63．用和表示的形式P72

将位温的公式代入（3-16）得：（3-20）（3-21）2024/3/6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。2024/3/6四.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。2024/3/6

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。2024/3/6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2024/3/6

真潜不稳定：A+>A-

2024/3/6

假潜不稳定：A+<A-2024/3/6气层不稳定产生的有利条件:

A-小,抬升力大.2024/3/6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。2024/3/6五．对流不稳定1．定义

P752．对流不稳定举例（图3-8a）2024/3/6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γsγdγγdγ2024/3/6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）。γsγdγγdγ2024/3/6

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）γsγdγγdγ2024/3/6抬升后：A'B'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。γsγdγγdγ2024/3/6

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。2024/3/64．

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：，2024/3/6对流稳定度的判据：实际计算例：当：2024/3/6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。2024/3/6

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。

2024/3/6对T作用：p76

将上两式代入热流量方程中去：

2024/3/6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。2024/3/6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。2024/3/6三．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。

2024/3/63．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2024/3/6

大小

为与温度梯度之间的夹角（） 垂直于等温线由高指向低。2024/3/6四.温度平流的判断2024/3/6V0°c51015-∇Tαa图3-14

为暖平流，图3-9（a）

风由高吹向低温区，使局地气温升高。2024/3/60°c51015-∇TVαc图3-14