大气热力学课件.ppt

1、12一、预备知识一、预备知识1、开放系和封闭系、开放系和封闭系1）系统与外界：）系统与外界：系统系统即指所研即指所研究的给定质量和成分的任何物质，而究的给定质量和成分的任何物质，而其余与这个系统可能发生相互作用的其余与这个系统可能发生相互作用的物质环境称之为物质环境称之为外界外界或或环境环境。3系统与外界间互相影响方式：作功、系统与外界间互相影响方式：作功、热传递、交换质量三种方式热传递、交换质量三种方式2）大气热力学中所讨论的系统主要有两类：）大气热力学中所讨论的系统主要有两类：a)未饱和湿空气系统。可当作由干空气未饱和湿空气系统。可当作由干空气和水汽组成的二元单相系。和水汽组成的二元单相系

2、。b)含液态水（或固态水）的饱和湿空气系含液态水（或固态水）的饱和湿空气系统。是指由水滴或（和）固态水质粒组成的统。是指由水滴或（和）固态水质粒组成的云雾系统，是含有干空气和水物质的二元多云雾系统，是含有干空气和水物质的二元多相系。相系。43）开放系与封闭系）开放系与封闭系依据系统与外界是否交换物质分为开放系依据系统与外界是否交换物质分为开放系和封闭系和封闭系2、准静态过程和准静力条件、准静态过程和准静力条件1）准静态过程）准静态过程一个封闭系统若其经历的某过程进行得无限一个封闭系统若其经历的某过程进行得无限缓慢，以至于系统在此过程中的每一步都处缓慢，以至于系统在此过程中的每一步都处于平衡态，

3、则称此过程为准静态过程于平衡态，则称此过程为准静态过程52）准静力条件：）准静力条件：epp P 代表系统内部压强，代表系统内部压强，Pe代表外界压强代表外界压强、气块（微团）模型、气块（微团）模型）定义：是指宏观上足够小而微观上又大）定义：是指宏观上足够小而微观上又大到含有大量分子的封闭空气团，其内部可包到含有大量分子的封闭空气团，其内部可包含水汽、液态水或固态水。含水汽、液态水或固态水。6）规定（使用气模型时的约定）规定（使用气模型时的约定）a)此气块内、湿度等都呈均匀分布，此气块内、湿度等都呈均匀分布，各物理量服从热力学定律和状态方程。各物理量服从热力学定律和状态方程。b)气块运动时是绝

4、热的，遵从准静力条件，气块运动时是绝热的，遵从准静力条件，环境大气处于静力平衡状态。环境大气处于静力平衡状态。epp gdzdpee7）缺陷）缺陷a)气块是封闭系统的假定不合实际情况气块是封闭系统的假定不合实际情况b)环境大气静力平衡的假定实际上未考虑气块环境大气静力平衡的假定实际上未考虑气块移动造成的环境大气的运动，与实际不符。移动造成的环境大气的运动，与实际不符。8二、热力学第一定律二、热力学第一定律、无限小过程中热力学第一定律、无限小过程中热力学第一定律的表达式的表达式设某系统（质量为）经历一个无限小过程，设某系统（质量为）经历一个无限小过程，内能改变量为内能改变量为du:正号表示系统内

5、能增加；正号表示系统内能增加；从外界吸热从外界吸热 dQ:正号表示系统从外界吸热正号表示系统从外界吸热;外界作功外界作功d A：正号表示外界对系统作功正号表示外界对系统作功9三、热流量方程三、热流量方程常温常压下空气块可看作理想气体，对于常温常压下空气块可看作理想气体，对于单位质量的空气块，根据焦耳内能定律，单位质量的空气块，根据焦耳内能定律，有有vducdTAQUd式中式中dU代表在无限靠近的初、终两态内能值的代表在无限靠近的初、终两态内能值的微量差。由于热量微量差。由于热量Q和功和功A并不是态函数，只是并不是态函数，只是与过程有关的无限小量，故用与过程有关的无限小量，故用Q和和A表示，以表

6、示，以和态函数的微量差相区别。和态函数的微量差相区别。10假设仅考虑体胀功，有假设仅考虑体胀功，有负号表负号表示示 dV与与 A符号相反，系统膨符号相反，系统膨胀时，胀时，dV 0，外界作负功。外界作负功。又气块满足准静力条件，即又气块满足准静力条件，即epp负号表示负号表示 V与与 A符号相反，系统膨胀时，符号相反，系统膨胀时，dV 0，外界作负功。热力学第一定律的表示外界作负功。热力学第一定律的表示式式:VpAd VpQUdd (6.1.2)11常温常压下的大气可以看成是理想气体常温常压下的大气可以看成是理想气体,内内能仅是温度能仅是温度T T的函数。对于单位质量的湿空气的函数。对于单位质

7、量的湿空气系统，第一定律就成为系统，第一定律就成为ddpTcQV (6.1.3)cV是是湿空气的比定容热容，湿空气的比定容热容，为比体积，为比体积，Q为单位质量空气的热量。为单位质量空气的热量。12由于空气体积不是直接测量的气象要素，上由于空气体积不是直接测量的气象要素，上式不便应用。根据湿空气状态方程，以及比式不便应用。根据湿空气状态方程，以及比定容热容定容热容cp和比定容热容和比定容热容cV的关系的关系 利用利用pvpRTccR和可得到可得到pTRcQVdd)(ppRTTcpddpTcpTcQppd1ddd13一、态函数一、态函数对于系统态函数包括温度、内对于系统态函数包括温度、内能、熵、

8、焓、吉布斯函数、自由能等能、熵、焓、吉布斯函数、自由能等14、熵、熵态函数熵的定义为态函数熵的定义为其中，其中，(dQ)表示无穷小可逆过程中，系统所表示无穷小可逆过程中，系统所吸收的热量吸收的热量(x x0)0)和和(x x)是系统给定的两个平衡态，积分路是系统给定的两个平衡态，积分路线沿线沿(x x0)0)到到(x x)的任意可逆过程进行，的任意可逆过程进行，S S0 0是初是初态时的熵，态时的熵，S S是终态时的熵。上式表示两平衡是终态时的熵。上式表示两平衡态的熵之差与积分路径无关，只由初、终两态的熵之差与积分路径无关，只由初、终两个平衡态确定个平衡态确定xxRTdQSS0)(0无穷小可逆

9、过程中，无穷小可逆过程中，TdQdSR)(152、焓、焓1）定义）定义PVUH2）物理意义：在等压过程中，系）物理意义：在等压过程中，系统焓的增量值等于它所吸收的热量。统焓的增量值等于它所吸收的热量。3）定压比热）定压比热cppppTHTQC）（d163、吉布斯函数、吉布斯函数1）定义）定义TSPVUG2）吉布斯函数判据：）吉布斯函数判据：把热力学第一、二定律一并考虑，可得判据把热力学第一、二定律一并考虑，可得判据VdpSdTdG若过程是等温、等压的，则有若过程是等温、等压的，则有0dG可用来判定自发化学反应进行的方向可用来判定自发化学反应进行的方向17熵和焓都是广延量，总熵和总焓与系统的质量

10、或摩尔数成正比。对于某种物质质量为m的单相系，有总熵S=ms及总焓H=mh，其中s和h是单位质量的焓和熵，分别称为比熵和比焓。比熵和比焓的计算通常以p、T为自变量，因此将它们写成以下的全微分形式，ppsTTssTpddd (6.1.22)pphTThhTpddd (6.1.23)18二、相变潜热与比焓二、相变潜热与比焓有一系统质量为有一系统质量为1，假设相变过程，假设相变过程中由中由1相变化到同温同压的相变化到同温同压的2相，根相，根据热力学第一定律，所吸收的热量，据热力学第一定律，所吸收的热量，即相变潜热即相变潜热L应等于比内能的增量应等于比内能的增量加上系统对外所做的功，即加上系统对外所做

11、的功，即121212)(hhpuuL所以在定温定压的封闭系中，相变潜热所以在定温定压的封闭系中，相变潜热可由比焓的变化来度量可由比焓的变化来度量19三、克拉柏龙克劳修斯方程三、克拉柏龙克劳修斯方程1mol（或（或1g）物质的吉布斯函数通常称为化学势，物质的吉布斯函数通常称为化学势，用用来表示来表示Tspu (6.1.35)及 pTsddd (6.1.36)根据热力学理论，当水和水汽两相平衡时，必须满足根据热力学理论，当水和水汽两相平衡时，必须满足热平衡条件、力学平衡条件和相变平衡条件：热平衡条件、力学平衡条件和相变平衡条件：),(),(212121pTpTpppTTT (6.1.37)20下面

12、将利用相平衡曲线上两相化学势相等的下面将利用相平衡曲线上两相化学势相等的性质来推导克拉柏龙克劳修斯方程，当沿性质来推导克拉柏龙克劳修斯方程，当沿着相平衡曲线由（着相平衡曲线由（T,p)变到（变到（T+dT,p+dp)时，两相的化学势变化应相等，即时，两相的化学势变化应相等，即12dddpdTsdpdTs221121即即2121(6.1.38)ssdpdT应用化学势的定义式（应用化学势的定义式（6.1.35），由相变平），由相变平衡条件，可得衡条件，可得111222psTpsT22于是有于是有TLThhTppss12112212)()(（6.1.39）代入（代入（6.1.38）中，有）中，有21

13、(6.1.40)()dpLadTT上式给出了相平衡曲线的斜率，上式给出了相平衡曲线的斜率，下标下标1和和2分别代表水和水汽。分别代表水和水汽。因为讨论的是水的相变，液态因为讨论的是水的相变，液态水的比容和水汽的比容相比较水的比容和水汽的比容相比较可以忽略，有可以忽略，有 1 2，所以上，所以上式可简化成式可简化成 2vddTLTp23把压强把压强p换成习惯上使用的饱和水汽压符号换成习惯上使用的饱和水汽压符号es，利用水汽状态方程，则得利用水汽状态方程，则得 2vsvsddTReLTe24TcuVgz2222k21)(21VwuEvLqEL2526干绝热过程干绝热过程:绝热过程绝热过程：系统与外

14、界无热量交换的过程叫系统与外界无热量交换的过程叫绝热过程。绝热过程。是指没有相变发生的绝热过程。例如，是指没有相变发生的绝热过程。例如，干空气块升降，未饱和湿空气块的升降干空气块升降，未饱和湿空气块的升降过程过程27一、干绝热方程一、干绝热方程在热流量方程在热流量方程dppTRdTcdQmp中令中令dQ=0,然后两边积分后整理，得然后两边积分后整理，得000(6.2.2)mpRcTppTpp28公式（公式（6.2.2）就是干空气或未饱和湿）就是干空气或未饱和湿空气的绝热方程，即干绝热方程，也空气的绝热方程，即干绝热方程，也称为泊松方程称为泊松方程有时也使用泊松方程的近似式：有时也使用泊松方程的

15、近似式：(6.2.2)(1 0.608)1 0.608(1 0.86)1 0.86mddppdRRqqccqq中，29考虑到实际大气中的比湿考虑到实际大气中的比湿q0.04kg/kg,186.01608.01qq286.01004287pdddcR30（6.2.2）式可近似表示为）式可近似表示为0.28600(6.2.4)TpTp31二、干绝热递减率二、干绝热递减率1、定义：、定义：作干绝热升降运动的气块温度随作干绝热升降运动的气块温度随高度的变化率高度的变化率 ，称为干绝热递减率称为干绝热递减率dzdTd322、d的数值的数值在热流量方程中令在热流量方程中令dQ=0,并整理得并整理得mpR

16、TdpdTcp把准静力条件、大气静力方程、环把准静力条件、大气静力方程、环境空气的状态方程代入，有境空气的状态方程代入，有33mepeeeR TgdzdTcR T由于由于pdpemeCCRRTT,近似为近似为pdgdTdzc 34mKcgdzdTpdd100/98.01004/8.9三、位温三、位温1、定义、定义35气块经过干绝热过程气压变为气块经过干绝热过程气压变为1000hPa时，时，气块所具有的温度。用气块所具有的温度。用表示，其定义式为表示，其定义式为1000Tp在精度要求不高的计算中常用在精度要求不高的计算中常用kd代代k计算计算362、的守恒性的守恒性（6.2.8）两边取对数然后微

17、分，可得）两边取对数然后微分，可得(6.2.12)ddTdpTp对热流量方程对热流量方程 两边同两边同除以除以cpT,有有dppTRdTcdQmp37mppRdQ dTdpcTTcp比较上两式，可得比较上两式，可得(6.2.14)pddQc T因为在干绝热过程中，因为在干绝热过程中，dQ=0,所以所以d=0，即干绝热过程中位温即干绝热过程中位温是守恒量是守恒量383、应用、应用1）可用于追溯气块或气流的源地以及）可用于追溯气块或气流的源地以及研究它们以后的演变研究它们以后的演变2）用于判断气层静力稳定度）用于判断气层静力稳定度四、位温垂直梯度四、位温垂直梯度39（6.2.8）式两边取对数再对）

18、式两边取对数再对z求导，得求导，得111TpzTzpz 利用准静力条件，周围大气静力平衡，利用准静力条件，周围大气静力平衡，周围大气状态方程，上式化为周围大气状态方程，上式化为11eee egTzTzRT40由于由于 ，所以上式可化为，所以上式可化为emeRRTT,()(6.2.15)dpTgazTzcT 其中其中 称为大气温度直减率称为大气温度直减率因此，位温的垂直变化率是和因此，位温的垂直变化率是和(d )成正比的。如果某一层大气成正比的。如果某一层大气的减温率的减温率=d，则整层大气位温必然相等。在对流层内，一般情则整层大气位温必然相等。在对流层内，一般情况下大气垂直减温率况下大气垂直减

19、温率 122(6.2.18)vvvvdddvddLLeLdeRTdTTRTTe43又由又由 可得，可得，peq622.011(6.2.19)dedpedzp dz22ddvdvvdvv de dpdTdTRTdegp dzeLdzdedzLRTRT44266.3 10dvTT 3、抬升凝结高度的估算公式、抬升凝结高度的估算公式若取若取Tv=288K,Td=280K,则则mKdzdTd/0017.045推出抬升凝结高度的估算公式为推出抬升凝结高度的估算公式为)(12310)17.098.0(020mTTTThdddd有时误差很大有时误差很大46定义：大气中有相变发生的绝热过程定义：大气中有相变发

20、生的绝热过程一、两种极端情况一、两种极端情况1、可逆湿绝热过程、可逆湿绝热过程水汽相变所产生的水成物不脱离原气块，水汽相变所产生的水成物不脱离原气块，始终跟随气块上升或下降，所释放的潜热始终跟随气块上升或下降，所释放的潜热也全部保留在气块内部。也全部保留在气块内部。472、假绝热过程、假绝热过程水汽相变产生的水成物全部脱离气块，但水汽相变产生的水成物全部脱离气块，但所释放的潜热仍留在气块中。所释放的潜热仍留在气块中。二、湿绝热温度递减率二、湿绝热温度递减率s注：实际大气的湿绝热过程往往处于以上两者之间注：实际大气的湿绝热过程往往处于以上两者之间 湿绝热过程的温度递减率在各种情形湿绝热过程的温度

21、递减率在各种情形之间的差异不大，故用假绝热过程的温度之间的差异不大，故用假绝热过程的温度递减率来近似所有湿绝热情形下的温度递递减率来近似所有湿绝热情形下的温度递减率。减率。48(6.3.6)vssdpdLdrrrcdzsdrr三、假相当位温三、假相当位温se1、公式、公式49代入把svdrLdQ中，TcdQdpsvpddrdLc T在上升过程中，由于在上升过程中，由于drs0.当当drs=0时，时，达最大，现在求这个最大的达最大，现在求这个最大的50考虑到湿绝热上升过程中，考虑到湿绝热上升过程中，T的变化不大，故设的变化不大，故设TrdTdrss所以上式化为所以上式化为lnvspdLrddcT

22、51两边积分，两边积分，rs:rsc0；：cse（从凝结高从凝结高度开始积分）度开始积分）或者或者 rs:rs0；：se（从高于凝结高度从高于凝结高度的任意高度开始积分）的任意高度开始积分）exp(6.3.8)vssepdLrcT522、定义：、定义：se就是湿空气绝热上升至所含水汽全部凝就是湿空气绝热上升至所含水汽全部凝结脱落，所含潜热全部释放后，再按干绝热结脱落，所含潜热全部释放后，再按干绝热过程下降到过程下降到1000hPa时气块所具有的温度时气块所具有的温度3、性质、性质se在气块升降过程中是个保守量在气块升降过程中是个保守量53四、假相当温度四、假相当温度1、定义、定义设某气块状态为

23、（设某气块状态为（p,T),假设它绝热上升假设它绝热上升至所含水汽全部凝结脱落，潜热全部释至所含水汽全部凝结脱落，潜热全部释放后，再按干绝热过程下降到该气块所放后，再按干绝热过程下降到该气块所处压强时气块所应具有的温度，记作处压强时气块所应具有的温度，记作Tse54五、焚风效应五、焚风效应1、定义：气流过山后在背风坡所形、定义：气流过山后在背风坡所形成的干热风成的干热风2、成因：、成因：139页页5556优点：简单、直观优点：简单、直观缺点：误差比公式计算的大缺点：误差比公式计算的大热力学图解法适用于：热力学图解法适用于：1）精度要求不高的业务工作；）精度要求不高的业务工作；2）需要获得直观认

24、识的场合）需要获得直观认识的场合57公式法适用于理论研究，精度要求高的业公式法适用于理论研究，精度要求高的业务工作。务工作。常用的热力学图解有常用的热力学图解有T-lnp图、温熵图等图、温熵图等一、一、T-lnp图的结构图的结构T-lnp图又称埃玛图（图又称埃玛图（Emagram)Energy per unit mass diagram581、坐标系、坐标系pyTxln,2、基本线条、基本线条（1）等温线；（）等温线；（2）等压线；（）等压线；（3）等）等线（干线（干绝热线）；（绝热线）；（4）等）等qs线（等饱和比湿线）；线（等饱和比湿线）；（5）等）等se线（假绝热线）线（假绝热线）59二

25、、二、T-lnp图的应用图的应用1、点绘层结曲线、点绘层结曲线2、作气块绝热变化过程的状态变化、作气块绝热变化过程的状态变化 曲线曲线3、求各温湿特征量、求各温湿特征量1）位温）位温602）饱和比湿）饱和比湿qs,实际比湿实际比湿q3)相对比湿相对比湿 f4)抬升凝结高度抬升凝结高度LCL5)假相当位温假相当位温se过抬升凝结高度的等过抬升凝结高度的等se线的数值线的数值616）假湿球位温）假湿球位温sw和假湿球温度和假湿球温度Tsw（150页页)a)sw：空气由状态（空气由状态（p,t,td)按干绝热上按干绝热上升到凝结高度后，再沿湿绝热线下降到升到凝结高度后，再沿湿绝热线下降到1000hp

26、a时所具有的温度。时所具有的温度。b)Tsw:空气由状态（空气由状态（p,t,td)按干绝热上按干绝热上升到凝结高度后，再沿湿绝热线下降到升到凝结高度后，再沿湿绝热线下降到气压气压p时所具有的温度。时所具有的温度。624、求等压面间的厚度和高度、求等压面间的厚度和高度1）先用等面积法求出）先用等面积法求出p1,p2间的平均温度间的平均温度vT2112lnlnlnpvpvT dpTpp设2）再用公式）再用公式12102ln1.6.8d vRTpHHgp（）求等压面间求等压面间的位势厚度的位势厚度633）用叠加法求各规定等压面的位势高度）用叠加法求各规定等压面的位势高度5、判断气层静力稳定度（见下

27、节）、判断气层静力稳定度（见下节）本节小结本节小结:1、T-lnp图的结构图的结构2、T-lnp图的应用：点绘层结、状态变化曲图的应用：点绘层结、状态变化曲线，求温湿特征量（线，求温湿特征量（1）-（5），判断气层静），判断气层静力稳定度（后面学）力稳定度（后面学）64一、大气（层结）静力稳定度的概念一、大气（层结）静力稳定度的概念在天气学中用来判断对流运动发展与否在天气学中用来判断对流运动发展与否在污染气象学中，有助于判断湍流发在污染气象学中，有助于判断湍流发展与否展与否651、大气层结是指大气中温度和湿度的、大气层结是指大气中温度和湿度的垂直分布垂直分布2、大气层结稳定度简称大气稳定度，是

28、、大气层结稳定度简称大气稳定度，是指大气层结是否有利于对流，湍流运动指大气层结是否有利于对流，湍流运动发展的度量。分为静力稳定度和动力稳发展的度量。分为静力稳定度和动力稳定度。定度。3、大气（层结）静力稳定度、大气（层结）静力稳定度66在处于在处于静力平衡静力平衡的气层中，假设一些空气团的气层中，假设一些空气团块产生了垂直运动，如果大气层结块产生了垂直运动，如果大气层结促进促进这种这种偏离其平衡位置的垂直运动的发展，则称该偏离其平衡位置的垂直运动的发展，则称该气层的大气层结是静力不稳定的；相反，如气层的大气层结是静力不稳定的；相反，如果果抑制抑制这种垂直运动的发展，则称该气层的这种垂直运动的发

29、展，则称该气层的大气层结是静力稳定的；如果既大气层结是静力稳定的；如果既不促进也不不促进也不抑制抑制，则称该气层的大气层结是中性的，则称该气层的大气层结是中性的（152页第一自然段）页第一自然段）二、判断气层静力稳定度的基本方法二、判断气层静力稳定度的基本方法 气块法气块法67在处于在处于静力平衡静力平衡的气层中，的气层中，任取任取一气块，一气块，若此气块处于若此气块处于不稳定平衡不稳定平衡，则该气层静力，则该气层静力不稳定；若此气块处于不稳定；若此气块处于中性中性或或稳定平衡稳定平衡，则该气层为中性或静力稳定。则该气层为中性或静力稳定。气块法如何判定？气块法如何判定？68假定：假定：1）气层

30、始终静止；）气层始终静止；2）气块是个封闭绝热系统；）气块是个封闭绝热系统；3）满足准静力条件，即）满足准静力条件，即epp 缺陷：缺陷：1）当大气中有气流运动时，环境空气不可能）当大气中有气流运动时，环境空气不可能保持静止。薄层法对此进行了修正。保持静止。薄层法对此进行了修正。2）气块与环境的物质交换有时很强烈，需要）气块与环境的物质交换有时很强烈，需要考虑夹卷作用。考虑夹卷作用。69任取单位体积气块，取铅直向上方向为正，任取单位体积气块，取铅直向上方向为正，铅直方向上的运动方程为铅直方向上的运动方程为ggdtdwe(6.8.2)edwgdt1、气块运动方程、气块运动方程70根据状态方程，根

31、据状态方程，TRpTRpmeeee,以及以及meeRppR、有有(6.8.4)eeT TdwgdtT可以由此式判断气层静力稳定度可以由此式判断气层静力稳定度,是是最基本最基本的的判定方程判定方程712、直减率法、直减率法判断薄气层静力稳定度判断薄气层静力稳定度的方法的方法1）薄气层定义：气层的厚度足够薄，）薄气层定义：气层的厚度足够薄，以至于气层的以至于气层的 为常数，则为常数，则称该气层为薄气层。称该气层为薄气层。zTe722）基本判别式）基本判别式设气块从温度为设气块从温度为T0的平衡位置处作一虚拟的平衡位置处作一虚拟的微小位移的微小位移dz后，其温度就变成后，其温度就变成0dTTTdzd

32、z环境大气温度为环境大气温度为0eTTdz 73把上两式代入（把上两式代入（6.8.4）中，有）中，有1()(6.8.6)edwdTgdz dtdzT（6.8.6）式为适用于薄气层静力稳定度的基本）式为适用于薄气层静力稳定度的基本判别式判别式3）薄气层静力稳定度的基本判据）薄气层静力稳定度的基本判据74dTdz 稳定中性不稳定由于干湿绝热减温率不同，故需分别讨论：由于干湿绝热减温率不同，故需分别讨论：气块垂直位移时按干绝热变化，气块垂直位移时按干绝热变化，垂直减温率垂直减温率ddzdT75气块垂直位移时按湿绝热变化，垂气块垂直位移时按湿绝热变化，垂直减温率直减温率sdTdz 4）利用埃玛图判断

33、）利用埃玛图判断6.8.1012ddss ，绝对不稳定，条件性不稳定（），绝对稳定76770,00,6.8.13150,sesezzzz 绝 对 不 稳 定且条 件 性 不 稳 定（）绝 对 稳 定()dpTgzTzcT ()seseszT 利用下列两个关系利用下列两个关系由判据（由判据（6.8.10-12）可以得到如下判据：）可以得到如下判据：783、不稳定能量法、不稳定能量法1）不稳定能量定义：）不稳定能量定义：如果气块在不稳定气层里做垂直运动，如果气块在不稳定气层里做垂直运动，那么其垂直速度会不断增大，也就是气那么其垂直速度会不断增大，也就是气块的垂直运动动能会不断增加，气块所块的垂直运

34、动动能会不断增加，气块所增加的这部分动能可看作由不稳定大气增加的这部分动能可看作由不稳定大气对气块作功而来。转化为气块运动动能对气块作功而来。转化为气块运动动能的那部分能量称为大气的不稳定能量。的那部分能量称为大气的不稳定能量。792）利用）利用T-lnp图估计不稳定能量图估计不稳定能量由气块运动方程由气块运动方程eeT TdwgdtT推导出动能方程推导出动能方程)ln()()21(2pdTTRwdee两边积分，两边积分，w:w0w1；p:p0p1,有有801010)ln()ln(21212021ppppeepdTpTdRww不稳定能量为不稳定能量为21SSRWe不稳定能量的计算方法：不稳定能

35、量的计算方法：在在T-lnp图上，图上，1cm2面积相当于面积相当于74.5J/kg，所以先计算面积（所以先计算面积（cm2），），然后乘以然后乘以74.5，即得不稳定能量。即得不稳定能量。813）厚气层静力稳定度分型）厚气层静力稳定度分型由不稳定能量的计算公式可知，不稳定由不稳定能量的计算公式可知，不稳定能量的正负和大小，与层结曲线和状态能量的正负和大小，与层结曲线和状态曲线的配置有关，由此可将厚气层稳定曲线的配置有关，由此可将厚气层稳定度性质分为潜在不稳定型、绝对稳定型、度性质分为潜在不稳定型、绝对稳定型、绝对不稳定型。见绝对不稳定型。见157页图页图6.194）热雷雨的预报）热雷雨的预报

36、见见158页图页图6.2182三、整层升降对气层静力稳定度的影响三、整层升降对气层静力稳定度的影响1、若气层升降过程中始终保持未饱和，稳、若气层升降过程中始终保持未饱和，稳定度性质不发生变化定度性质不发生变化1)气层下沉时，原来稳定的将变得更稳定；气层下沉时，原来稳定的将变得更稳定；原来不稳定的将更不稳定；中性的仍为中性。原来不稳定的将更不稳定；中性的仍为中性。2)气层被抬升时，则与上面相反。气层被抬升时，则与上面相反。832、未饱和的稳定气层绝热抬升到整层饱和的、未饱和的稳定气层绝热抬升到整层饱和的云层时，稳定度性质可能会发生变化云层时，稳定度性质可能会发生变化1)对流性不稳定（或位势不稳定

37、）气层对流性不稳定（或位势不稳定）气层某一未饱和稳定气层，假如被抬升到整层某一未饱和稳定气层，假如被抬升到整层饱和且形成云层时，变成不稳定气层，则饱和且形成云层时，变成不稳定气层，则称该未饱和稳定气层为对流性不稳定（或称该未饱和稳定气层为对流性不稳定（或位势不稳定）气层。位势不稳定）气层。00zzse且判据为842)对流性稳定（或位势稳定）气层对流性稳定（或位势稳定）气层某一未饱和稳定气层，假如被抬升到整层某一未饱和稳定气层，假如被抬升到整层饱和且形成云层时，仍然是稳定气层，则饱和且形成云层时，仍然是稳定气层，则称该未饱和稳定气层为对流性稳定（或位称该未饱和稳定气层为对流性稳定（或位势稳定）气

38、层势稳定）气层。00zzse且判据为853)对流性中性（或位势中性）气层对流性中性（或位势中性）气层某一未饱和稳定气层，假如被抬升到整层某一未饱和稳定气层，假如被抬升到整层饱和且形成云层时，变成中性气层，则称饱和且形成云层时，变成中性气层，则称该未饱和稳定气层为对流性中性（或位势该未饱和稳定气层为对流性中性（或位势中性）气层。中性）气层。00zzse且判据为8687与云雾形成有关的大气热力过程除了绝热与云雾形成有关的大气热力过程除了绝热上升冷却过程以外，还有绝热混合过程、上升冷却过程以外，还有绝热混合过程、等压冷却过程。等压冷却过程。一、水平混合一、水平混合湿度较大的未饱和空气混合后，有可能发

39、湿度较大的未饱和空气混合后，有可能发生凝结。定性解释见生凝结。定性解释见145页图页图6.988有关大气现象：有关大气现象：1、混合雾的形成：两团温度不同、而都接近、混合雾的形成：两团温度不同、而都接近与饱和的空气混合后，如果达到饱和则形成混与饱和的空气混合后，如果达到饱和则形成混合雾。例如锋际云雾合雾。例如锋际云雾2、喷气式飞机尾迹：、喷气式飞机尾迹：145页页3、开水壶口喷出的雾气：、开水壶口喷出的雾气：145页页89二、垂直混合及湍流混合二、垂直混合及湍流混合考虑某绝热气层内因湍流产生的垂直混合，考虑某绝热气层内因湍流产生的垂直混合，当整层空气充分均匀混合后，位温和比湿当整层空气充分均匀

40、混合后，位温和比湿会趋于一致。示意图见会趋于一致。示意图见146页图页图6.10有关大气现象：有关大气现象：1、有些层云是在逆温层下的混合层里形成、有些层云是在逆温层下的混合层里形成2、晴天夏季午后低层大气的温度分布往往、晴天夏季午后低层大气的温度分布往往近似为干绝热变化近似为干绝热变化90有联系的大气现象：有联系的大气现象：露和霜的形成；平流雾的形成；辐射雾的形成。露和霜的形成；平流雾的形成；辐射雾的形成。热量损失和温度变化、饱和水汽压变化、饱和热量损失和温度变化、饱和水汽压变化、饱和比湿变化之间的定量关系见比湿变化之间的定量关系见147页公式页公式（6.6.3）、（）、（6.6.4）、（）

41、、（6.6.8）911、掌握热流量方程、掌握热流量方程2、知道克拉柏龙克劳修斯方程、知道克拉柏龙克劳修斯方程3、理解大气中的干绝热过程定义、知道干绝、理解大气中的干绝热过程定义、知道干绝热方程、记住干绝热递减率数值、理解位温定热方程、记住干绝热递减率数值、理解位温定义及保守性、知道位温垂直梯度、理解抬升凝义及保守性、知道位温垂直梯度、理解抬升凝结高度的定义、了解抬升凝结高度的估算公式结高度的定义、了解抬升凝结高度的估算公式921.已知某地某时的探空部分记录如下表已知某地某时的探空部分记录如下表根据该记录，利用根据该记录，利用T-lnp 图完成下列各问（图完成下列各问（结果保留一位小数）：结果保

42、留一位小数）：课外练习课外练习931、求、求920hPa的的q、qs、zc（用（用hPa表示）、表示）、se；2、判别从判别从1000hPa700hPa这一厚气层的稳定度类型；这一厚气层的稳定度类型；3、判别、判别1000hPa920hPa气层属于对流性（位势）不稳气层属于对流性（位势）不稳定、对流性（位势）中性、还是对流性（位势）稳定气定、对流性（位势）中性、还是对流性（位势）稳定气层。层。94（1）q=12.6g/kg；qs=18.0 g/kg；zc=840hPa；=29.1；se=70（2）绝对稳定型；绝对稳定型；（3）1000hPa：=19，se=60 920 hPa：=29.1，se=70可见可见0,0sezz所以所以1000hPa920hPa气层属于对流性（位势）气层属于对流性（位势）稳定气层稳定气层95