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文檔簡介
2024/3/62024/3/62024/3/62024/3/6
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
2024/3/6淡積云2024/3/6
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。
2024/3/6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)
2024/3/6二.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2024/3/6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)2024/3/6
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。2024/3/6可見:氣層是否穩(wěn)定取決于氣塊和周圍的溫度(密度)差。2024/3/6三.
穩(wěn)定度判據(jù)1.用表示形式
2024/3/62.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:2024/3/6代入(3-16)得:
(3-17)
(3-18)2024/3/6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2024/3/6
γdγTT?T-lnpγT?2024/3/6(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2024/3/6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。2024/3/63.用和表示的形式P72
將位溫的公式代入(3-16)得:(3-20)(3-21)2024/3/6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。2024/3/6四.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。2024/3/6
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。2024/3/6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2024/3/6
真潛不穩(wěn)定:A+>A-
2024/3/6
假潛不穩(wěn)定:A+<A-2024/3/6氣層不穩(wěn)定產(chǎn)生的有利條件:
A-小,抬升力大.2024/3/6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。2024/3/6五.對流不穩(wěn)定1.定義
P752.對流不穩(wěn)定舉例(圖3-8a)2024/3/6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γsγdγγdγ2024/3/6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)。γsγdγγdγ2024/3/6
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)γsγdγγdγ2024/3/6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。γsγdγγdγ2024/3/6
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。2024/3/64.
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:,2024/3/6對流穩(wěn)定度的判據(jù):實際計算例:當(dāng):2024/3/6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。2024/3/6
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。
2024/3/6對T作用:p76
將上兩式代入熱流量方程中去:
2024/3/6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。2024/3/6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)。2024/3/6三.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。
2024/3/63.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2024/3/6
大小
為與溫度梯度之間的夾角() 垂直于等溫線由高指向低。2024/3/6四.溫度平流的判斷2024/3/6V0°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。2024/3/60°c51015-?TVαc圖3-14
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