航空氣象第5章

航空氣象學(xué)張同榮第5章大氣的垂直運(yùn)動(dòng)垂直運(yùn)動(dòng)：大氣在垂直方向的升降運(yùn)動(dòng)，稱為大氣的垂直運(yùn)動(dòng)。垂直氣壓梯度力（浮力）重力空氣垂直運(yùn)動(dòng)的原因1、對(duì)流2、系統(tǒng)性垂直運(yùn)動(dòng)3、大氣波動(dòng)4、大氣亂流空氣垂直運(yùn)動(dòng)的種類逆溫現(xiàn)象

對(duì)流層大氣的熱量主要直接來(lái)自地面的長(zhǎng)波輻射，一般情況下，離地面越遠(yuǎn)，氣溫越低，即氣溫隨高度增加而遞減，平均垂直遞減率為0.65℃/100米。但在一定條件下，對(duì)流層的某一高度有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)氣溫隨高度增加而升高的現(xiàn)象，這種氣溫逆轉(zhuǎn)的現(xiàn)象就是逆溫。逆溫地面輻射冷卻空氣平流冷卻空氣下沉增溫空氣的亂流混合鋒面逆溫層的形成原因：夜間地面、雪面、冰面或云層頂部等因輻射冷卻造成的逆溫。利于輻射逆溫發(fā)展的天氣條件：晴朗而平靜的夜晚。冬季最常見(jiàn)。1輻射逆溫暖空氣水平流經(jīng)寒冷地表面形成的逆溫。冬季，中緯度沿海地區(qū)較常見(jiàn)。平流逆溫出現(xiàn)時(shí)常伴有霧或輕霧，能見(jiàn)度變壞，風(fēng)速也可能較大。2平流逆溫在積雪地區(qū)，暖空氣流經(jīng)冰、雪表面產(chǎn)生融雪、融冰現(xiàn)象。而冰雪的融化需要從近地面氣層中吸收大量熱量，從而使貼近地表的空氣溫度較低，但較高處氣溫仍比較高，因而形成逆溫現(xiàn)象。融雪逆溫厚度不大，約幾米到幾十米。3融雪逆溫（雪面逆溫）夜間，由于山上冷空氣沿山坡流到低洼地區(qū)使原來(lái)洼地底部的較暖空氣被迫抬升形成的逆溫。地形逆溫使洼地常出現(xiàn)霜凍。4地形逆溫輻射逆溫、平流逆溫、融雪逆溫、地形逆溫屬于近地面層逆溫，其中以輻射逆溫為主。近地面層逆溫多由熱力原因引起。由于低層空氣的湍流混合作用而形成的逆溫。湍流強(qiáng)，湍流層厚，逆溫層發(fā)生的高度高湍流弱，湍流層薄，逆溫層發(fā)生的高度低逆溫層之下，水汽大量聚集；逆溫層之上水汽含量驟減。5湍流逆溫大氣中整層空氣下沉壓縮增溫所造成的逆溫。下沉逆溫多出現(xiàn)在高壓區(qū)內(nèi)1－2千米的高度下沉逆溫常伴隨晴好天氣6下沉逆溫（壓縮逆溫）由于暖氣團(tuán)位于冷氣團(tuán)之上，出現(xiàn)鋒面上下的溫差而形成的逆溫。由于鋒是從地面向冷空氣一方傾斜的，所以鋒面逆溫只在冷氣團(tuán)所控制的地區(qū)內(nèi)出現(xiàn)。7鋒面逆溫湍流逆溫、下沉逆溫和鋒面逆溫屬于自由大氣中的逆溫，其中以下沉逆溫為主，多由動(dòng)力原因引起。逆溫層的存在使大氣具有顯著的穩(wěn)定性。強(qiáng)大的逆溫能阻礙對(duì)流和湍流混合作用越過(guò)該層。逆溫在對(duì)流層的各個(gè)高度上均可能出現(xiàn)，但以接地逆溫和摩擦層內(nèi)的逆溫對(duì)飛行活動(dòng)影響最大逆溫層中，較暖而輕的空氣位于較冷而重的空氣上面，形成一種極其穩(wěn)定的空氣層，籠罩在近地層的上空，嚴(yán)重地阻礙著空氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)，近地層空氣中的水汽、煙塵、汽車尾氣以及各種有害氣體，無(wú)法向外向上擴(kuò)散，飄浮在逆溫層下面的空氣層中，有利于云霧的形成、降低能見(jiàn)度、加重大氣污染。逆溫層的作用：謝謝！對(duì)流是指由于空氣塊與周圍大氣有溫度差異而產(chǎn)生的，強(qiáng)烈而比較有規(guī)則的升降運(yùn)動(dòng)。局地空氣的熱升冷降運(yùn)動(dòng)，就是空氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)。1對(duì)流的定義1、垂直運(yùn)動(dòng)速度大2、水平范圍不大3、持續(xù)時(shí)間短2對(duì)流的特點(diǎn)單位體積的空氣塊垂直受力：ρ周圍大氣密度ρ’空氣塊密度3對(duì)流產(chǎn)生的原因當(dāng)空氣塊溫度高于周圍大氣溫度時(shí)，它將獲得向上的加速度；反之，則獲得向下的加速度。熱力熱力對(duì)流動(dòng)力動(dòng)力對(duì)流4對(duì)流沖擊力使原來(lái)靜止的空氣產(chǎn)生垂直運(yùn)動(dòng)的作用力，稱為對(duì)流沖擊力。形成原因：地面熱力性質(zhì)差異引起的。白天：太陽(yáng)輻射作用下，空氣塊受熱后溫度高于周圍空氣，因而體積膨脹，密度減小，使浮力大于重力產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)。晚上：地面輻射降溫快，空氣塊冷卻收縮，產(chǎn)生下沉運(yùn)動(dòng)。天氣越晴朗，太陽(yáng)輻射越強(qiáng)，熱力對(duì)流越明顯。熱力對(duì)流沖擊力由于空氣運(yùn)動(dòng)時(shí)受到機(jī)械抬升作用引起的，如山坡迎風(fēng)面對(duì)空氣的抬升，氣流輻合輻散造成的空氣升降運(yùn)動(dòng)等。動(dòng)力對(duì)流沖擊力指氣層內(nèi)某一氣塊受垂直方向的擾動(dòng)后，返回或遠(yuǎn)離原平衡位置的趨勢(shì)和程度，即大氣對(duì)垂直運(yùn)動(dòng)的阻礙程度。5大氣穩(wěn)定度一個(gè)空氣塊，當(dāng)它被移動(dòng)離開(kāi)了原來(lái)的位置時(shí)，它逐漸減速并有返回原來(lái)高度的趨勢(shì)，此時(shí)的氣層對(duì)于空氣塊而言是穩(wěn)定的氣層。相反，氣塊會(huì)繼續(xù)加速向它被移動(dòng)的方向運(yùn)動(dòng)，氣層對(duì)于空氣塊而言是不穩(wěn)定的氣層。一個(gè)空氣塊，當(dāng)它被移動(dòng)離開(kāi)了原來(lái)的位置時(shí)，既不加速也不減速，此時(shí)的氣層對(duì)于空氣塊而言是中性氣層。5大氣穩(wěn)定度的三種情況：大氣是否穩(wěn)定，通常用環(huán)境空氣的絕熱直減率r與氣塊的的溫度直減率（Rd或rm）的對(duì)比來(lái)判斷。如氣塊和周圍沒(méi)有熱量交換（絕熱），氣塊還沒(méi)有達(dá)到飽和，也沒(méi)有水滴凝結(jié)出來(lái)，這個(gè)過(guò)程被稱為是干絕熱過(guò)程；如抬升達(dá)到飽和，再繼續(xù)抬升，就會(huì)有云滴凝結(jié)出來(lái)，這時(shí)稱為濕絕熱過(guò)程。5大氣穩(wěn)定度的判別干絕熱遞減率濕絕熱遞減率環(huán)境遞減率–實(shí)際測(cè)量的遞減率在對(duì)流層大氣，通常0.65oC/100m1°C/100m0.4－0.7°C/100m大氣穩(wěn)定度是指大氣對(duì)垂直運(yùn)動(dòng)的阻礙程度。大氣是否穩(wěn)定，通常用周圍空氣的溫度直減率（γ）與上升空氣塊的絕熱直減率（γd或γm）對(duì)比來(lái)判斷。

5大氣穩(wěn)定度的判別13.2oC12.0oC10.8oC0200100高度

(米)300某空氣塊未飽和時(shí)大氣的穩(wěn)定度11oC11oC11oC12oC12oC12oC13oC13oC13oC12.8oC12.0oC11.2oC13.0oC12.0oC11.0oC1.0=1.00.8<1.01.2>1.05大氣穩(wěn)定度的判別對(duì)于干空氣和未飽和濕空氣而言，當(dāng)γ<γd時(shí)，大氣是穩(wěn)定的；當(dāng)γ>γd時(shí)，大氣是不穩(wěn)定的；當(dāng)γ=γd時(shí)，大氣是中性穩(wěn)定的。對(duì)于飽和濕空氣而言，當(dāng)γ<γm時(shí)，大氣是穩(wěn)定的；當(dāng)γ>γm時(shí)，大氣是不穩(wěn)定的；當(dāng)γ=γm時(shí)，大氣是中性穩(wěn)定的。5大氣穩(wěn)定度的判別結(jié)論：r越大,大氣越不穩(wěn)定，r越小，大氣越穩(wěn)定r<rm<rd，絕對(duì)穩(wěn)定,r>rm>rd，絕對(duì)不穩(wěn)定,rd>r>rm，對(duì)于絕熱升降的未飽和空氣來(lái)說(shuō)，大氣是穩(wěn)定的，對(duì)于絕熱升降的飽和濕空氣來(lái)說(shuō)，是不穩(wěn)定的，即所謂條件不穩(wěn)定。5大氣穩(wěn)定度的判別ELR(EnvironmentalLapseRate)環(huán)境溫度直減率DALR(DryAdiabaticLapseRate)干空氣和未飽和濕空氣絕熱溫度直減率SALR(SaturatedAdiabaticLapseRate)飽和濕空氣絕熱溫度直減率5大氣穩(wěn)定度的判別溫度垂直遞減率穩(wěn)定度1γ

>γd所有情況都不穩(wěn)定2γ

=γd未飽和中性穩(wěn)定;飽和不穩(wěn)定3γ

<γdbut>γm未飽和穩(wěn)定;飽和不穩(wěn)定4γ

=

γm未飽和穩(wěn)定;飽和中性穩(wěn)定5γ

<

γm

所有情況都穩(wěn)定6γ

<0所有情況都穩(wěn)定大氣中可以轉(zhuǎn)換為氣塊動(dòng)能的那部分能量。正不穩(wěn)定能量，利于對(duì)流發(fā)展負(fù)不穩(wěn)定能量，抑制于對(duì)流發(fā)展不穩(wěn)定能量為零，中性大氣6不穩(wěn)定能量大量的正不穩(wěn)定能量充沛的水汽足夠的沖擊力7對(duì)流產(chǎn)生和發(fā)展的條件：定義：大范圍空氣有規(guī)則的升降運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)：范圍廣、升降速度小、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。一般產(chǎn)生于大范圍空氣的水平氣流輻合、輻散區(qū)，以及冷、暖空氣交鋒區(qū)。2、系統(tǒng)性的垂直運(yùn)動(dòng)實(shí)際大氣中，摩擦層內(nèi)低壓區(qū)中風(fēng)是斜穿等壓線吹向低壓中心，水平氣流是輻合的，越靠近地面，氣流與等壓線交角越大，輻合作用越強(qiáng)。低壓區(qū)盛行上升運(yùn)動(dòng)。（高壓區(qū)相反，盛行下沉運(yùn)動(dòng)。）2、系統(tǒng)性的垂直運(yùn)動(dòng)低壓，逆時(shí)針，輻合，上升運(yùn)動(dòng)高壓，順時(shí)針，輻散，下沉運(yùn)動(dòng)重力波：重力作用下產(chǎn)生的波動(dòng)。波浪狀起伏的云層。形成原因：1）兩層密度不同的空氣發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在交界面上會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，與風(fēng)吹過(guò)水面時(shí)引起波動(dòng)的道