大氣層結(jié)穩(wěn)定度

2024/1/9編輯課件2024/1/9編輯課件2024/1/9編輯課件2024/1/9編輯課件

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(duì)流不穩(wěn)定3.局地溫度的變化

2024/1/9編輯課件淡積云2024/1/9編輯課件圖中的鬃積雨云正在迅速開展，云的頂部已向左側(cè)伸展成砧狀，云的底部已出現(xiàn)降雨。2024/1/9編輯課件第五節(jié)大氣層結(jié)穩(wěn)定度一．根本概念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(duì)氣塊垂直運(yùn)動(dòng)的影響趨勢(shì)和程度?？煞秩N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)

2024/1/9編輯課件二．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(shí)，氣塊滿足的方程：

當(dāng)垂直方向加速度為零時(shí)，氣塊是靜力平衡的：上升下沉2024/1/9編輯課件引入準(zhǔn)靜力條件：

代入氣塊的垂直方向的運(yùn)動(dòng)方程：

〔3-15〕

代入狀態(tài)方程：得：

〔3-16〕2024/1/9編輯課件

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。2024/1/9編輯課件可見：氣層是否穩(wěn)定取決于氣塊和周圍的溫度〔密度〕差。2024/1/9編輯課件三．

穩(wěn)定度判據(jù)1．用表示形式

2024/1/9編輯課件2．用γ、γd〔γs〕表示形式〔1〕

干空氣及未飽和濕空氣設(shè)：起始時(shí)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：2024/1/9編輯課件代入〔3-16〕得：

〔3-17〕

〔3-18〕2024/1/9編輯課件直接在T-lnp圖上進(jìn)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2024/1/9編輯課件

γdγTT?T-lnpγT?2024/1/9編輯課件(2)飽和濕空氣〔將γd換成γs〕〔3-22〕P72(3)

實(shí)際大氣

絕對(duì)不穩(wěn)定絕對(duì)穩(wěn)定2024/1/9編輯課件常見：對(duì)干空氣和未飽和濕空氣是穩(wěn)定的，對(duì)飽和濕空氣是不穩(wěn)定的。稱之為條件不穩(wěn)定。2024/1/9編輯課件3．用和表示的形式P72將位溫的公式代入〔3-16〕得：〔3-20〕〔3-21〕2024/1/9編輯課件將假相當(dāng)位溫的公式代入〔3-16〕得：

〔3-23〕說明：當(dāng)和隨高度分布而減小，是不穩(wěn)定的。2024/1/9編輯課件四.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。2024/1/9編輯課件

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(dòng)能增加。

狀態(tài)曲線在層結(jié)曲線的左側(cè)為負(fù)的不穩(wěn)定能量A-，使氣塊向上的動(dòng)能減少。2024/1/9編輯課件穩(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2024/1/9編輯課件

真潛不穩(wěn)定：A+>A-

2024/1/9編輯課件

假潛不穩(wěn)定：A+<A-2024/1/9編輯課件氣層不穩(wěn)定產(chǎn)生的有利條件:

A-小,抬升力大.2024/1/9編輯課件暴雨傾盆南京2021.5.27中午迎來強(qiáng)對(duì)流天氣5月27日上午奧運(yùn)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(diǎn)時(shí)天氣逐漸昏暗。12點(diǎn)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，汽車翻開了車燈，行人就近躲雨。2024/1/9編輯課件五．對(duì)流不穩(wěn)定1．定義P752．對(duì)流不穩(wěn)定舉例〔圖3-8a〕2024/1/9編輯課件注意點(diǎn)：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γsγdγγdγ2024/1/9編輯課件整層抬升：A點(diǎn)〔氣層的底層〕濕，先到達(dá)飽和：先沿干絕熱線上升，到達(dá)抬升凝結(jié)高度〔O點(diǎn)〕后，再沿濕絕熱線上升〔虛線〕。γsγdγγdγ2024/1/9編輯課件B點(diǎn)〔氣層的高層〕干，后到達(dá)飽和：一直沿干絕熱線到達(dá)點(diǎn)到達(dá)飽和。此時(shí)底層的氣層已沿著濕絕熱線到達(dá)了A'點(diǎn)。(圖〕γsγdγγdγ2024/1/9編輯課件抬升后：A'B'為整個(gè)氣層到達(dá)飽和時(shí)的層結(jié)曲線〔線〕，可見，氣層變得不穩(wěn)定了。γsγdγγdγ2024/1/9編輯課件

3．對(duì)

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，使整層抬升到達(dá)飽和。2024/1/9編輯課件4．判據(jù)對(duì)流不穩(wěn)定是整個(gè)氣層抬升到達(dá)飽和時(shí)產(chǎn)生的，只要抬升后的氣層滿足的條件,對(duì)流不穩(wěn)定就會(huì)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：，2024/1/9編輯課件對(duì)流穩(wěn)定度的判據(jù)：實(shí)際計(jì)算例：當(dāng)：2024/1/9編輯課件第七節(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：說明了單位質(zhì)量空氣,在單位時(shí)間內(nèi)得〔失〕熱量與溫度和氣壓變化之間的關(guān)系。2024/1/9編輯課件其中：為全微分算子

為水平風(fēng)速為水平算子

說明：個(gè)別變化為局地、平流、對(duì)流變化之和。

2024/1/9編輯課件對(duì)T作用：p76

將上兩式代入熱流量方程中去：

2024/1/9編輯課件經(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(gè)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。2024/1/9編輯課件討論：短期天氣過程：大尺度大氣：右第二項(xiàng)比較小局地的溫度變化與溫度的平流變化有關(guān)。2024/1/9編輯課件三．個(gè)別、局地、平流變化

1．個(gè)別變化：表示確定氣塊在運(yùn)動(dòng)過程中，內(nèi)部狀態(tài)隨時(shí)間的變化。

2．局地變化：表示固定地點(diǎn)狀態(tài)隨時(shí)間的變化。

2024/1/9編輯課件3．平流變化：

表示

由于要素場(chǎng)分布不均勻，空氣的水平運(yùn)動(dòng)引起某地狀態(tài)隨時(shí)間的變化。

：溫度平流：濕度平流2024/1/9編輯課件大小

為與溫度梯度之間的夾角〔〕 垂直于等溫線由高指向低。2024/1/9編輯課件四.溫度平流的判斷2024/1/9編輯課件V0°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。2024/1/9編輯課件0°c51015-?TVαc圖3-14