大气层结稳定度

1、,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

2、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

3、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

4、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 P75 2对流不稳定举例（图3-8 a）,注意

5、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：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。,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

6、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、

7、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,-