大气层结稳定度

上次课重要内容：1.湿绝热过程、湿绝热递减率2.假绝热过程、假相当位温3.T-lnp图的应用本次课主要内容：1.大气层结稳定度概念、判据2.条件、对流不稳定3.局地温度的变化淡积云图中的鬃积雨云正在迅速发展，云的顶部已向左侧伸展成砧状，云的底部已出现降雨。第五节大气层结稳定度一．基本概念1．大气层结2．稳定度3．大气层结稳定度大气层结对气块垂直运动的影响趋势和程度。可分三种情况：稳定平衡态—稳定层结中性平衡态—中性层结不稳定平衡态—不稳定层结二．大气层结稳定度的判定法（气块法）当垂直方向有加速度存在时，气块满足的方程：当垂直方向加速度为零时，气块是静力平衡的：gZp10gZpdtdw1dtdZw0w0w上升下沉引入准静力条件：代入气块的垂直方向的运动方程：（3-15）代入状态方程：得：（3-16）'ppgzpzp'')'('1gggdtdw''RTpRTP'''TTgTTTgdtdw为气块在垂直方向受到的合外力。当或，气块有垂直向上的加速度。只有当换句话说，静力平衡出现在或的条件下。'TTg''TT0dtdwgzp'TT'可见：气层是否稳定取决于气块和周围的温度（密度）差。三．稳定度判据1．用表示形式dtdw0dtdw稳定中性不稳定2．用γ、γd（γs）表示形式（1）干空气及未饱和湿空气设：起始时刻气块的温度与周围环境大气温度相同。气温随高度的变化：dzTTdzTTd00气块环境代入（3-16）得：（3-17）（3-18）d0dtdw稳定，不利于上升运动无作用中性，对气块垂直运动有利于上升运动不稳定,dzTgdtdwd)(直接在T-lnp图上进行判断——看状态曲线和层结曲线的位置。状态曲线：如γd、γs线层结曲线：如γ线γdγTT΄T-lnp右侧（稳）层结曲线在状态曲线的合（中）层结曲线与状态曲线重左侧（不）层结曲线在状态曲线的dγT΄(2)饱和湿空气（将γd换成γs）（3-22）P72(3)实际大气绝对不稳定绝对稳定稳定中性不稳定s))(dssd（必必sd常见：对干空气和未饱和湿空气是稳定的，对饱和湿空气是不稳定的。称之为条件不稳定。sd3．用和表示的形式P72将位温的公式代入（3-16）得：（3-20）（3-21）se0z稳定中性不稳定0dtdwdzzgdtdw将假相当位温的公式代入（3-16）得：（3-23）表明：当和随高度分布而减小，是不稳定的。0zse稳定中性不稳定0dtdwse四.不稳定能量与气层稳定度的类型不稳定能量＝＝层结曲线与状态曲线所围面积Rd倍1.不稳定能量把净浮力作用使得气块增加的能量，称为不稳定能量。)ln()(2121'212221pdTTRwwppd状态曲线在层结曲线的右侧为正的不稳定能量A+，使气块向上的动能增加。状态曲线在层结曲线的左侧为负的不稳定能量A-，使气块向上的动能减少。稳定型：状态曲线完全在层结曲线的左侧2.气层稳定度类型真潜不稳定：A+A-假潜不稳定：A+A-气层不稳定产生的有利条件:A-小,抬升力大.暴雨倾盆南京2008.5.27中午迎来强对流天气5月27日上午奥运火炬在南京成功传递。在围观火炬传递的群众刚刚离去不久，中午11点时天气逐渐昏暗。12点20分左右南京城电闪雷鸣，暴雨倾盆。天色由白天瞬间变成了夜晚，汽车打开了车灯，行人就近躲雨。五．对流不稳定1．定义P752．对流不稳定举例（图3-8a）注意点：抬升前：气层的层结为AB（），气层是稳定的（为AO）。气层上干下湿ddBAqqγsγdγγdγ整层抬升：A点（气层的底层）湿，先达到饱和：先沿干绝热线上升，到达抬升凝结高度（O点）后，再沿湿绝热线上升（虚线）。γsγdγγdγB点（气层的高层）干，后达到饱和：一直沿干绝热线到达点达到饱和。此时底层的气层已沿着湿绝热线到达了A'点。(图）Bγsγdγγdγ抬升后：A'B'为整个气层达到饱和时的层结曲线（线），可见，气层变得不稳定了。sγsγdγγdγ3．对流不稳定产生的条件（1）气层必须是上干、下湿。（2）要有足够的抬升力，使整层抬升达到饱和。4．判据对流不稳定是整个气层抬升达到饱和时产生的，只要抬升后的气层满足的条件,对流不稳定就会出现.而要满足上述条件，气层在抬升前又必须是上干、下湿的特征即：必有：，BAqq0zses对流稳定度的判据：实际计算例：当：se对流稳定中性对流不稳定0zsese700500)()(sesese对流稳定对流不稳定0se第七节局地温度变化的影响因素分析与判断一．热流量方程热力学第一定律（3-3）两端得P75公式：表明了单位质量空气,在单位时间内得（失）热量与温度和气压变化之间的关系。dt1dtdppRTdtdTcdtdQp其中：为全微分算子为水平风速为水平算子表明：个别变化为局地、平流、对流变化之和。zwyvxutdtd2Vjyix2zwVtdtd22kwVkwjviuV2全风速对T作用：p76将上两式代入热流量方程中去：zTwTVtTdtdT22wRTpggwdtdzdzdpdtdp用状态方程代入dtdppRTdtdTcdtdQp经整理得：（3-42）为热流量方程的另一种形式。二.影响温度局地变化的因素取决于三个因子：温度平流、层结稳定度与垂直速度的共同作用、热量的得失。dtdQcwTVtTpd1)(2讨论：短期天气过程：大尺度大气：右第二项比较小局地的温度变化与温度的平流变化有关。0dtdQTVtTdtdQcwTVtTpd1)(2三．个别、局地、平流变化1．个别变化：表示确定气块在运动过程中，内部状态随时间的变化。2．局地变化：表示固定地点状态随时间的变化。dtdt3．平流变化：表示由于要素场分布不均匀，空气的水平运动引起某地状态随时间的变化。：温度平流：湿度平流VTVqV大小为与温度梯度之间的夹角（）垂直于等温线由高指向低。cosTVTVVT0180T四.温度平流的判断V0°c51015-∇Tαa图3-14为暖平流，图3-9（a）0TV090风由高吹向低温区，使局地气温升高。0°c51015-∇TVαc图3-14为冷平流，图3-14（c）0TV090风由低吹向高温区，使局地气温降低。0°c51015V-∇Tαb图3-9为零平流，图3-9（b）0TV090090cos0风沿着等温线吹，不引起温度的变化。0°c51015-∇TV-∇T-∇TVVαααabcV图3-14一定，越大，越大，即等温线越密集温度平流越强。VT