第三章 大氣熱力學(xué)

1、第三章 大氣熱力學(xué)3.1 大氣溫度3.2 水分循環(huán)3.3 熱流量方程3.4 絕熱過程和絕熱溫度變化3.5 熱力學(xué)圖解3.6 大氣穩(wěn)定度思考題大氣科學(xué)概論第三章大氣熱力學(xué)3.1 大氣溫度一、 平均氣溫和氣溫極值 Daily mean 日平均日平均 Average of 24 hourly readings Daily temperature range 日較差日較差 Difference of daily high and low Monthly mean 月平均月平均 Average of daily means Annual mean 年平均年平均 Average of monthly me

2、ans Annual temperature range 年較差年較差 Difference of highest and lowest monthly mean 水陸熱力差異（1）吸收、反射和透射率差異（2）比熱差異（3）蒸發(fā)差異第三章大氣熱力學(xué) 洋流（1）暖流（2）寒流 高度3.1 大氣溫度二、 影響地面氣溫因子 地理緯度Copyright 2013 Pearson Education, Inc. 第三章大氣熱力學(xué)3.1 大氣溫度三、 全球海平面氣溫分布Copyright 2013 Pearson Education, Inc. 第三章大氣熱力學(xué)3.1 大氣溫度三、 全球海平面氣溫分布第三

3、章大氣熱力學(xué)3.2 水分循環(huán)一、 水分循環(huán)蒸發(fā)320 降水284 Unit: 103km3降水96 蒸騰60 徑流36 下滲第三章大氣熱力學(xué)3.2 水分循環(huán)二、 水的相變和相平衡升華凝華蒸發(fā)凝結(jié)融冰結(jié)冰 水相變第三章大氣熱力學(xué)3.2 水分循環(huán)二、 水的相變和相平衡 相平衡飽和水汽壓(E)溫度C218大氣壓1大氣壓6.11hPaAOBB12345水水冰冰水汽水汽C1003740-0.0075蒸發(fā)線融解線升華線未飽和飽和過飽和未飽和過飽和第三章大氣熱力學(xué)3.2 水分循環(huán)三、 飽和水汽壓和溫度的關(guān)系 Clapeyron-Clausius方程2vTRLEdTdEE：飽和水汽壓（hPa)T：熱力學(xué)溫度(

4、K)L：汽化熱(Jkg-1)Rv：水汽氣體常數(shù)(JK-1kg-1)第三章大氣熱力學(xué)3.2 水分循環(huán)三、 飽和水汽壓和溫度的關(guān)系 純水面和冰面的飽和水汽壓T1T1RLexpEE0v0E：純水面飽和水汽壓（hPa)Ei：純冰面飽和水汽壓（hPa)E0：T0=273.15K時飽和水汽壓Ld：冰融解熱(Jkg-1)es E10EiE 0ErE凸面 r0ErErcr稱為飽和水汽壓的“曲率效應(yīng)”曲率半徑第三章大氣熱力學(xué)3.2 水分循環(huán)三、 飽和水汽壓和溫度的關(guān)系 球形液滴表面的飽和水汽壓3nrrnrcrc1E（2）球形溶液滴表面稱為飽和水汽壓的“溶液效應(yīng)”，使飽和水汽壓減小。 取決于溶質(zhì)、溶劑等特性。3n

5、rcnc（3）荷電水滴表面當(dāng)rT，為正面積+，E0，具有正不穩(wěn)定能量；C點(diǎn)以下，TT，為負(fù)面積-， E0，為真潛不穩(wěn)定，只要擾動達(dá)到自由對流高度zC即可形成自由對流；T0-lnpABdzB-+大氣層結(jié)真潛不穩(wěn)定T層結(jié)曲線TCDszC狀態(tài)曲線當(dāng)負(fù)面積遠(yuǎn)大于正面積時， E0，為假潛不穩(wěn)定，擾動不易到達(dá)zC，即使達(dá)到，也不一定形成自由對流；當(dāng)正面積為零時，即狀態(tài)曲線位于層結(jié)左側(cè)，兩者不相交，為穩(wěn)定型。T0-lnpABCDdsTTzBzC-+-大氣層結(jié)假潛不穩(wěn)定T0-lnpAdsTT-大氣層結(jié)穩(wěn)定第三章大氣熱力學(xué)3.6 大氣靜力穩(wěn)定度三、 不穩(wěn)定能量與對流 當(dāng)整層空氣作抬升運(yùn)動時，若原來的穩(wěn)定層結(jié)趨于

6、不穩(wěn)定層結(jié)，稱為對流不穩(wěn)定，或位勢不穩(wěn)定。位勢不穩(wěn)定往往產(chǎn)生強(qiáng)對流、暴雨、雷暴或冰雹等災(zāi)害性天氣。 設(shè)氣層AB抬升前為穩(wěn)定層結(jié) ，溫度層結(jié)接近等溫，而濕度層結(jié)可能為：(a) 下濕上干、(b)下干上濕。dddss不穩(wěn)定穩(wěn)定第三章大氣熱力學(xué)3.6 大氣靜力穩(wěn)定度三、 不穩(wěn)定能量與對流高度氣溫0中午氣溫垂直 分布0逆溫輻射逆溫凌晨高度氣溫0=0.65湍流混合層0逆溫=d湍流逆溫高度氣溫0=0.65課堂討論（III）：大氣層結(jié)穩(wěn)定度大氣層z0z0+zz0-zTTT0T0zTTzTTd00T0z0zz0dTa(a)(c)TcTTTTTTT不穩(wěn)定中性穩(wěn)定判據(jù)1ddd不穩(wěn)定(a)中性(b)穩(wěn)定(c)判據(jù)2TTTgazTgdTZ云T0穩(wěn)定層結(jié)穩(wěn)定層結(jié)不穩(wěn)定層結(jié)H1凝結(jié)高度H2自由對流高度H3對流上界高度層結(jié)曲線d干絕熱（狀態(tài)）線s濕絕熱（狀態(tài)）線大氣穩(wěn)定度判斷的應(yīng)用s抬升氣溫垂直分布曲線dppCRTdQCdTpp1TT+dTxzy0dtdppCRTdtdQCdtdTpp1氣溫局地變化方程)(),(),(,(tztytxtTT (x(t),y(t),z(t)zTwyTvxTutTzTwyTvxTutTdtdzzTdtdyyTdtdxxTtTdtdT其中，u,v,w空氣運(yùn)動速度分量氣溫局地變