大氣層結(jié)穩(wěn)定度

2023/12/182023/12/182023/12/182023/12/18

上次課重要內(nèi)容：

1.濕絕熱過程、濕絕熱遞減率2.假絕熱過程、假相當(dāng)位溫

3.T-lnp圖的應(yīng)用

本次課主要內(nèi)容：

1.大氣層結(jié)穩(wěn)定度概念、判據(jù)2.條件、對流不穩(wěn)定3.局地溫度的變化

2023/12/18淡積云2023/12/18

圖中的鬃積雨云正在迅速發(fā)展，云的頂部已向左側(cè)伸展成砧狀，云的底部已出現(xiàn)降雨。

2023/12/18第五節(jié)大氣層結(jié)穩(wěn)定度一．基本概念1．大氣層結(jié)2．穩(wěn)定度3．大氣層結(jié)穩(wěn)定度大氣層結(jié)對氣塊垂直運動的影響趨勢和程度。可分三種情況：穩(wěn)定平衡態(tài)—穩(wěn)定層結(jié)中性平衡態(tài)—中性層結(jié)不穩(wěn)定平衡態(tài)—不穩(wěn)定層結(jié)

2023/12/18二．大氣層結(jié)穩(wěn)定度的判定法（氣塊法）當(dāng)垂直方向有加速度存在時，氣塊滿足的方程：

當(dāng)垂直方向加速度為零時，氣塊是靜力平衡的：上升下沉2023/12/18引入準靜力條件：

代入氣塊的垂直方向的運動方程：

（3-15）

代入狀態(tài)方程：得：

（3-16）2023/12/18

為氣塊在垂直方向受到的合外力。當(dāng)或，氣塊有垂直向上的加速度。只有當(dāng)

換句話說，靜力平衡出現(xiàn)在

或的條件下。2023/12/18可見：氣層是否穩(wěn)定取決于氣塊和周圍的溫度（密度）差。2023/12/18三．

穩(wěn)定度判據(jù)1．用表示形式

2023/12/182．用γ、γd

（γs

）表示形式（1）

干空氣及未飽和濕空氣設(shè)：起始時刻氣塊的溫度與周圍環(huán)境大氣溫度相同。氣溫隨高度的變化：2023/12/18代入（3-16）得：

（3-17）

（3-18）2023/12/18直接在T-lnp圖上進行判斷——

看狀態(tài)曲線和層結(jié)曲線的位置。狀態(tài)曲線：如γd

、γs線層結(jié)曲線：如γ線2023/12/18

γdγTT?T-lnpγT?2023/12/18(2)飽和濕空氣

（將γd換成γs

）（3-22）P72(3)

實際大氣

絕對不穩(wěn)定絕對穩(wěn)定2023/12/18常見：對干空氣和未飽和濕空氣是穩(wěn)定的，對飽和濕空氣是不穩(wěn)定的。稱之為條件不穩(wěn)定。2023/12/183．用和表示的形式P72

將位溫的公式代入（3-16）得：（3-20）（3-21）2023/12/18將假相當(dāng)位溫的公式代入（3-16）得：

（3-23）表明：當(dāng)和隨高度分布而減小，是不穩(wěn)定的。2023/12/18四.不穩(wěn)定能量與氣層穩(wěn)定度的類型

不穩(wěn)定能量＝

＝層結(jié)曲線與狀態(tài)曲線所圍面積Rd倍1.不穩(wěn)定能量把凈浮力作用使得氣塊增加的能量，稱為不穩(wěn)定能量。2023/12/18

狀態(tài)曲線在層結(jié)曲線的右側(cè)為正的不穩(wěn)定能量A+，使氣塊向上的動能增加。

狀態(tài)曲線在層結(jié)曲線的左側(cè)為負的不穩(wěn)定能量A-，使氣塊向上的動能減少。2023/12/18穩(wěn)定型：狀態(tài)曲線完全在層結(jié)曲線的左側(cè)2.氣層穩(wěn)定度類型2023/12/18

真潛不穩(wěn)定：A+>A-

2023/12/18

假潛不穩(wěn)定：A+<A-2023/12/18氣層不穩(wěn)定產(chǎn)生的有利條件:

A-小,抬升力大.2023/12/18暴雨傾盆南京2008.5.27中午迎來強對流天氣5月27日上午奧運火炬在南京成功傳遞。在圍觀火炬?zhèn)鬟f的群眾剛剛離去不久，中午11點時天氣逐漸昏暗。12點20分左右南京城電閃雷鳴，暴雨傾盆。天色由白天瞬間變成了夜晚，汽車打開了車燈，行人就近躲雨。2023/12/18五．對流不穩(wěn)定1．定義

P752．對流不穩(wěn)定舉例（圖3-8a）2023/12/18注意點：抬升前：氣層的層結(jié)為AB（），氣層是穩(wěn)定的（為AO）。氣層上干下濕γsγdγγdγ2023/12/18整層抬升：

A點（氣層的底層）濕，先達到飽和：先沿干絕熱線上升，到達抬升凝結(jié)高度（O點）后，再沿濕絕熱線上升（虛線）。γsγdγγdγ2023/12/18

B點（氣層的高層）干，后達到飽和：一直沿干絕熱線到達點達到飽和。此時底層的氣層已沿著濕絕熱線到達了A'點。(圖）γsγdγγdγ2023/12/18抬升后：A'B'為整個氣層達到飽和時的層結(jié)曲線（線），可見，氣層變得不穩(wěn)定了。γsγdγγdγ2023/12/18

3．對

流不穩(wěn)定產(chǎn)生的條件

（1）氣層必須是上干、下濕。

（2）要有足夠的抬升力，使整層抬升達到飽和。2023/12/184．

判據(jù)對流不穩(wěn)定是整個氣層抬升達到飽和時產(chǎn)生的，只要抬升后的氣層滿足的條件,對流不穩(wěn)定就會出現(xiàn).而要滿足上述條件，氣層在抬升前又必須是上干、下濕的特征即：必有：，2023/12/18對流穩(wěn)定度的判據(jù)：實際計算例：當(dāng)：2023/12/18第七節(jié)局地溫度變化的影響因素分析與判斷一．熱流量方程熱力學(xué)第一定律（3-3）兩端得P75公式：表明了單位質(zhì)量空氣,在單位時間內(nèi)得（失）熱量與溫度和氣壓變化之間的關(guān)系。2023/12/18

其中：為全微分算子

為水平風(fēng)速為水平算子

表明：個別變化為局地、平流、對流變化之和。

2023/12/18對T作用：p76

將上兩式代入熱流量方程中去：

2023/12/18經(jīng)整理得：（3-42）為熱流量方程的另一種形式。二.影響溫度局地變化的因素取決于三個因子：溫度平流、層結(jié)穩(wěn)定度與垂直速度的共同作用、熱量的得失。2023/12/18討論：短期天氣過程：大尺度大氣：右第二項比較小局地的溫度變化與溫度的平流變化有關(guān)。2023/12/18三．個別、局地、平流變化

1．個別變化：表示確定氣塊在運動過程中，內(nèi)部狀態(tài)隨時間的變化。

2．局地變化：表示固定地點狀態(tài)隨時間的變化。

2023/12/183．平流變化：

表示

由于要素場分布不均勻，空氣的水平運動引起某地狀態(tài)隨時間的變化。

：溫度平流：濕度平流2023/12/18

大小

為與溫度梯度之間的夾角（） 垂直于等溫線由高指向低。2023/12/18四.溫度平流的判斷2023/12/18V0°c51015-?Tαa圖3-14

為暖平流，圖3-9（a）

風(fēng)由高吹向低溫區(qū)，使局地氣溫升高。2023/12/180°c51015-?TVαc圖3-14