大气的增温与冷却.pptx

n以下介绍增温和温度变化的以下介绍增温和温度变化的 基本概念基本概念 热量平衡过程热量平衡过程热量平衡过程热量平衡过程 地球表面吸收太阳辐射能后，会通过各种热量收支方地球表面吸收太阳辐射能后，会通过各种热量收支方地球表面吸收太阳辐射能后，会通过各种热量收支方地球表面吸收太阳辐射能后，会通过各种热量收支方式，产生能量的转换和输送而达到平衡，这样的物理过程式，产生能量的转换和输送而达到平衡，这样的物理过程式，产生能量的转换和输送而达到平衡，这样的物理过程式，产生能量的转换和输送而达到平衡，这样的物理过程称为称为称为称为热量平衡过程。热量平衡过程。热量平衡过程。热量平衡过程。物质的热属性物质的热属性物质的热属性物质的热属性 热容量热容量热容量热容量 定义：定义：定义：定义：在一定过程中，物体温度变化在一定过程中，物体温度变化在一定过程中，物体温度变化在一定过程中，物体温度变化所需所需所需所需吸收或放吸收或放吸收或放吸收或放出出出出的热量。的热量。的热量。的热量。分类：分类：分类：分类：质量热容量（比热、比热容）质量热容量（比热、比热容）质量热容量（比热、比热容）质量热容量（比热、比热容）容积热容量容积热容量容积热容量容积热容量 质量热容量：质量热容量：质量热容量：质量热容量：定义：定义：定义：定义：单位质量单位质量单位质量单位质量的物质，温度变化的物质，温度变化的物质，温度变化的物质，温度变化所需吸收或所需吸收或所需吸收或所需吸收或 放出的热量。放出的热量。放出的热量。放出的热量。单位：单位：单位：单位：J/(kgJ/(kgJ/(kgJ/(kg)()()()(或或或或J/(gJ/(gJ/(gJ/(g)容积热容量：容积热容量：容积热容量：容积热容量：定义：定义：定义：定义：单位体积单位体积单位体积单位体积的物质，温度变化的物质，温度变化的物质，温度变化的物质，温度变化所需吸收或所需吸收或所需吸收或所需吸收或 放出的热量。放出的热量。放出的热量。放出的热量。热量收支热量收支热量收支热量收支(交换交换交换交换)方式方式方式方式 辐射热交换辐射热交换辐射热交换辐射热交换 任何温度在绝对零度以上的物体，通过辐射的放射和任何温度在绝对零度以上的物体，通过辐射的放射和任何温度在绝对零度以上的物体，通过辐射的放射和任何温度在绝对零度以上的物体，通过辐射的放射和吸收而进行的热量交吸收而进行的热量交吸收而进行的热量交吸收而进行的热量交换方式。换方式。换方式。换方式。分子传导热交换分子传导热交换分子传导热交换分子传导热交换 物质通过分子碰撞，所产生的表现为热量传导的动能物质通过分子碰撞，所产生的表现为热量传导的动能物质通过分子碰撞，所产生的表现为热量传导的动能物质通过分子碰撞，所产生的表现为热量传导的动能交换方式。交换方式。交换方式。交换方式。流体流动热交换流体流动热交换流体流动热交换流体流动热交换 流体在各个方向上流动时，热量随流体流动而输送的流体在各个方向上流动时，热量随流体流动而输送的流体在各个方向上流动时，热量随流体流动而输送的流体在各个方向上流动时，热量随流体流动而输送的热量交换方式。热量交换方式。热量交换方式。热量交换方式。根根根根据流体流动的方向性分为：据流体流动的方向性分为：据流体流动的方向性分为：据流体流动的方向性分为：对流、平流和乱流。对流、平流和乱流。对流、平流和乱流。对流、平流和乱流。定义定义定义定义：流体在垂直方向上有流体在垂直方向上有流体在垂直方向上有流体在垂直方向上有规律的升降运动。规律的升降运动。规律的升降运动。规律的升降运动。作用：作用：作用：作用：使上下层空气混合，产生热量交换。使上下层空气混合，产生热量交换。使上下层空气混合，产生热量交换。使上下层空气混合，产生热量交换。定义：定义：定义：定义：流体在水平方向上的流动。流体在水平方向上的流动。流体在水平方向上的流动。流体在水平方向上的流动。分类：分类：分类：分类：对对对对 流：流：流：流：分类分类分类分类热力对流热力对流热力对流热力对流动力对流动力对流动力对流动力对流 平流平流平流平流 作用：作用：作用：作用：对对对对大规模的热量传递和缓和地区之间、纬度之间大规模的热量传递和缓和地区之间、纬度之间大规模的热量传递和缓和地区之间、纬度之间大规模的热量传递和缓和地区之间、纬度之间 温度的差异起着很大作用。温度的差异起着很大作用。温度的差异起着很大作用。温度的差异起着很大作用。乱流（湍流）：乱流（湍流）：乱流（湍流）：乱流（湍流）：定义：定义：定义：定义：流体在各方向上的不规则运动。流体在各方向上的不规则运动。流体在各方向上的不规则运动。流体在各方向上的不规则运动。分类：分类：分类：分类：热力乱流热力乱流热力乱流热力乱流动力乱流动力乱流动力乱流动力乱流 近地气层乱流强度的时空变化：近地气层乱流强度的时空变化：近地气层乱流强度的时空变化：近地气层乱流强度的时空变化：陆地比海面强陆地比海面强陆地比海面强陆地比海面强 山地比平原强山地比平原强山地比平原强山地比平原强 白天比夜间强白天比夜间强白天比夜间强白天比夜间强 夏季比冬季强夏季比冬季强夏季比冬季强夏季比冬季强 潜热交换潜热交换潜热交换潜热交换物质在进行相态变化时所发生的热量交换物质在进行相态变化时所发生的热量交换物质在进行相态变化时所发生的热量交换物质在进行相态变化时所发生的热量交换。地面温度和热量收支的关系地面温度和热量收支的关系地面温度和热量收支的关系地面温度和热量收支的关系地面温度变化与地面热量收支示意图地面温度变化与地面热量收支示意图地面温度变化与地面热量收支示意图地面温度变化与地面热量收支示意图1 1 1 1地面温度日变化曲线；地面温度日变化曲线；地面温度日变化曲线；地面温度日变化曲线；2 2 2 2地面热量支出日变化曲线；地面热量支出日变化曲线；地面热量支出日变化曲线；地面热量支出日变化曲线；3 3 3 3地面热量收入日变化曲线。地面热量收入日变化曲线。地面热量收入日变化曲线。地面热量收入日变化曲线。TmTmTmTm：地面最低温度；：地面最低温度；：地面最低温度；：地面最低温度；TMTMTMTM：地面最高温度：地面最高温度：地面最高温度：地面最高温度 一天中地面最高温度、地一天中地面最高温度、地一天中地面最高温度、地一天中地面最高温度、地 面最低温度出现在地面热面最低温度出现在地面热面最低温度出现在地面热面最低温度出现在地面热 量收支相抵（平衡）的时量收支相抵（平衡）的时量收支相抵（平衡）的时量收支相抵（平衡）的时 刻。刻。刻。刻。一年中地面最热月温度，一年中地面最热月温度，一年中地面最热月温度，一年中地面最热月温度，一般出现在月或月，一般出现在月或月，一般出现在月或月，一般出现在月或月，地面最冷月温度一般出现地面最冷月温度一般出现地面最冷月温度一般出现地面最冷月温度一般出现 在月或月。在月或月。在月或月。在月或月。水体热量传播的特点水体热量传播的特点水体热量传播的特点水体热量传播的特点 水体中的辐射特点水体中的辐射特点水体中的辐射特点水体中的辐射特点 水体反射率小于陆地水体反射率小于陆地水体反射率小于陆地水体反射率小于陆地 水体吸收率大于陆地水体吸收率大于陆地水体吸收率大于陆地水体吸收率大于陆地 太阳辐射能在水体中传播，不同深度水体的传播情况太阳辐射能在水体中传播，不同深度水体的传播情况太阳辐射能在水体中传播，不同深度水体的传播情况太阳辐射能在水体中传播，不同深度水体的传播情况 遵循遵循遵循遵循比尔定律比尔定律比尔定律比尔定律。水水水水体体体体易易易易吸吸吸吸收收收收长长长长波波波波，散散散散射射射射短短短短波波波波，水水水水中中中中悬悬悬悬浮浮浮浮物物物物散散散散射射射射长长长长波。波。波。波。水体中的热量平衡特性水体中的热量平衡特性水体中的热量平衡特性水体中的热量平衡特性 特性特性特性特性 海洋热量平衡的主要输出项是水体蒸发潜热。海洋热量平衡的主要输出项是水体蒸发潜热。海洋热量平衡的主要输出项是水体蒸发潜热。海洋热量平衡的主要输出项是水体蒸发潜热。海洋可以通过洋流来在水平方向传送热量。海洋可以通过洋流来在水平方向传送热量。海洋可以通过洋流来在水平方向传送热量。海洋可以通过洋流来在水平方向传送热量。水体温度的变化水体温度的变化水体温度的变化水体温度的变化 时间变化时间变化时间变化时间变化 日变化：日变化：日变化：日变化：水面最高温度出现在午后水面最高温度出现在午后水面最高温度出现在午后水面最高温度出现在午后1515151516h16h16h16h，最低温度，最低温度，最低温度，最低温度出现在日出后的出现在日出后的出现在日出后的出现在日出后的2 2 2 23h3h3h3h内。内。内。内。年变化：年变化：年变化：年变化：水面最高温度一般出现在水面最高温度一般出现在水面最高温度一般出现在水面最高温度一般出现在8 8 8 8月，最低温度则出月，最低温度则出月，最低温度则出月，最低温度则出现在现在现在现在2 2 2 23 3 3 3月。月。月。月。日、年较差：日、年较差：日、年较差：日、年较差：均小于陆地均小于陆地均小于陆地均小于陆地 位相：位相：位相：位相：最高温度和最低温度出现的时间，大约每深最高温度和最低温度出现的时间，大约每深最高温度和最低温度出现的时间，大约每深最高温度和最低温度出现的时间，大约每深入入入入60606060落后一个月。落后一个月。落后一个月。落后一个月。n以上主要介绍增温和温度变化的以上主要介绍增温和温度变化的n 基本概念基本概念n第三节第三节 大气的增温与冷却大气的增温与冷却n一、地面增温与冷却的差异一、地面增温与冷却的差异n二、大气的增温与冷却二、大气的增温与冷却n（一）增温冷却方式（一）增温冷却方式n（二）干绝热与湿绝热（二）干绝热与湿绝热n 1、干绝热、干绝热n 2、湿绝热、湿绝热n 3、干、湿绝热的比较、干、湿绝热的比较n三、大气稳定度三、大气稳定度非绝热变化非绝热变化绝热变化绝热变化第三节第三节 大气的增温和冷却大气的增温和冷却一、海陆的增温与冷却的差异一、海陆的增温与冷却的差异 同样的太阳辐射到达地面也会因下垫面性质的不同而温度不同，而大气的热源主要来自下垫面，所以下垫面的不同对大气温度有着深刻的影响。其中海洋与陆地的差异最大。其中海洋与陆地的差异最大。结论：陆地受热快，冷却也快，温度升降变化大。海洋好结论：陆地受热快，冷却也快，温度升降变化大。海洋好像大气热量的存储器和调节器升温和冷却都较慢，所以年像大气热量的存储器和调节器升温和冷却都较慢，所以年最高气温和最低气温的出现比大陆延迟最高气温和最低气温的出现比大陆延迟1 12 2个月，且日较个月，且日较差和年较差都比陆地小。陆地是急性子，海洋是慢性子。差和年较差都比陆地小。陆地是急性子，海洋是慢性子。1 1、二者对太阳辐射的吸收和反射不同、二者对太阳辐射的吸收和反射不同2、能量分布的厚度不同 水面与路面的导热方式不同3、水汽含量不同4、陆地比热小于海洋比热n第三节第三节 大气的增温与冷却大气的增温与冷却n一、地面增温与冷却的差异一、地面增温与冷却的差异n二、大气的增温与冷却二、大气的增温与冷却n（一）增温冷却方式（一）增温冷却方式n（二）干绝热与湿绝热（二）干绝热与湿绝热n 1、干绝热、干绝热n 2、湿绝热、湿绝热n 3、干、湿绝热的比较、干、湿绝热的比较n三、大气稳定度三、大气稳定度非绝热变化非绝热变化绝热变化绝热变化二、二、空气的空气的增温增温与与冷却冷却 空气的温度高低实质是空气分子运动快慢（内能）的表现，空气的温度高低实质是空气分子运动快慢（内能）的表现，所以空气既可以通过所以空气既可以通过与外部的能量交换与外部的能量交换而升高或降低温度而升高或降低温度气温的气温的非绝热变化非绝热变化，也可以通过做功而变化，也可以通过做功而变化气温的气温的绝热变绝热变化化。（一）增温与冷却的方式一）增温与冷却的方式1、气温的非绝热变化（几种与外界传递热量的方式）传导传导辐射辐射对流对流湍流湍流蒸发蒸发凝结凝结热量收支热量收支热量收支热量收支(交换交换交换交换)方式方式方式方式（一）增温与冷却的方式（一）增温与冷却的方式2 2、气温的绝热变化、气温的绝热变化 当某一气团在与外界没有任何热量交换的情况下，做上升当某一气团在与外界没有任何热量交换的情况下，做上升运动，如果该气团体积不变上升到某一处，则其内部的压强会运动，如果该气团体积不变上升到某一处，则其内部的压强会比周围大气的要高，气团为了与外界大气相平衡，气块体积要比周围大气的要高，气团为了与外界大气相平衡，气块体积要膨胀，在膨胀的过程中克服外界压力而做功，气团做功所消耗膨胀，在膨胀的过程中克服外界压力而做功，气团做功所消耗的能量取自气团内部，因此使气块温度降低，以上过程称为的能量取自气团内部，因此使气块温度降低，以上过程称为气气温的绝热冷却。温的绝热冷却。反之，气团作下沉运动时，若与外界反之，气团作下沉运动时，若与外界没有没有热量交换的情热量交换的情况下，由于外界气压比起团内部气压高，会压缩气块使气团体况下，由于外界气压比起团内部气压高，会压缩气块使气团体积缩小，同时气团内气体被压缩做功，内能增加，温度上升，积缩小，同时气团内气体被压缩做功，内能增加，温度上升，这种现象称为这种现象称为绝热增温绝热增温。当当空气块空气块上升过程中，因外界气压减小，上升过程中，因外界气压减小，气块体积膨胀，对外作功，在绝热的条气块体积膨胀，对外作功，在绝热的条件下，作功所需的能量，只能由其本身件下，作功所需的能量，只能由其本身内能来负担，因而气块温度下降。这种内能来负担，因而气块温度下降。这种因气块绝热上升而使温度下降的现象，因气块绝热上升而使温度下降的现象，称为称为绝热冷却绝热冷却。绝热与非绝热变化绝热与非绝热变化绝热与非绝热变化绝热与非绝热变化绝热变化：空气内能变化过程中，绝热变化：空气内能变化过程中，绝热变化：空气内能变化过程中，绝热变化：空气内能变化过程中，未与未与未与未与外界进行热量交换。外界进行热量交换。外界进行热量交换。外界进行热量交换。非绝热变化：空气内能变化过程中，非绝热变化：空气内能变化过程中，非绝热变化：空气内能变化过程中，非绝热变化：空气内能变化过程中，与与与与外界进行热量交换。外界进行热量交换。外界进行热量交换。外界进行热量交换。T0P0T-TTT-TT+TT+T绝热冷却绝热冷却绝热增温绝热增温气温的绝热变化干绝热方程：干绝热方程：n第三节第三节 大气的增温与冷却大气的增温与冷却n一、地面增温与冷却的差异一、地面增温与冷却的差异n二、大气的增温与冷却二、大气的增温与冷却n（一）增温冷却方式（一）增温冷却方式n（二）干绝热与湿绝热（二）干绝热与湿绝热n 1、干绝热、干绝热n 2、湿绝热、湿绝热n 3、干、湿绝热的比较、干、湿绝热的比较n三、大气稳定度三、大气稳定度非绝热变化非绝热变化绝热变化绝热变化（二）干绝热与湿绝热（二）干绝热与湿绝热1 1、干绝热变化及干绝热直减率、干绝热变化及干绝热直减率当一团干空气或未饱和当一团干空气或未饱和的湿空气与外界没有任的湿空气与外界没有任何热量交换做升降运动，何热量交换做升降运动，且气块内没有任何水相且气块内没有任何水相变化时的变化时的温度变化过程温度变化过程叫干绝热变化。叫干绝热变化。干绝热直减率干绝热直减率（d）-干空气或未饱和的湿空气，气块绝热干空气或未饱和的湿空气，气块绝热上升（或下沉）单位距离时温度降低（或升高）的数值。上升（或下沉）单位距离时温度降低（或升高）的数值。100md=1C/100m注意注意：原因：原因：气温直减率气温直减率是大气温度随着距离地面越来是大气温度随着距离地面越来越远得到的热量越来越少。越远得到的热量越来越少。1/100m异同异同干绝热直减率干绝热直减率气温直减率气温直减率干绝热直减率干绝热直减率是干空气在绝热上升或绝是干空气在绝热上升或绝热下降运动过程中热下降运动过程中由于做功气由于做功气块本身的块本身的温度变化温度变化.对流层气温的垂直变化对流层气温的垂直变化对流层气温的垂直变化对流层气温的垂直变化 (复习、巩固概念复习、巩固概念复习、巩固概念复习、巩固概念)气温直减率气温直减率气温直减率气温直减率 定义：定义：定义：定义：气温随高度变化的程度。气温随高度变化的程度。气温随高度变化的程度。气温随高度变化的程度。表达式：表达式：表达式：表达式：ZZZZ：两高度高度差，：两高度高度差，：两高度高度差，：两高度高度差，TTTT两高度相应的气温差；两高度相应的气温差；两高度相应的气温差；两高度相应的气温差；负号表示气温垂直分布的方向。负号表示气温垂直分布的方向。负号表示气温垂直分布的方向。负号表示气温垂直分布的方向。0 0 0 0，气温随高度的增加而降低；，气温随高度的增加而降低；，气温随高度的增加而降低；，气温随高度的增加而降低；0 0 0 0，气温随高度的增高而升高。，气温随高度的增高而升高。，气温随高度的增高而升高。，气温随高度的增高而升高。的绝对值越大，气温随高度变化差异越大。的绝对值越大，气温随高度变化差异越大。的绝对值越大，气温随高度变化差异越大。的绝对值越大，气温随高度变化差异越大。干绝热过程的几个概念干绝热过程的几个概念干绝热过程的几个概念干绝热过程的几个概念 干绝热过程干绝热过程干绝热过程干绝热过程 空气是干空气或未饱和的湿空气（空气是干空气或未饱和的湿空气（空气是干空气或未饱和的湿空气（空气是干空气或未饱和的湿空气（没有水汽凝结没有水汽凝结没有水汽凝结没有水汽凝结），与外界之间无热量交换时（，与外界之间无热量交换时（，与外界之间无热量交换时（，与外界之间无热量交换时（dQ=0dQ=0dQ=0dQ=0）的状态变化过）的状态变化过）的状态变化过）的状态变化过程。程。程。程。绝热增温绝热增温绝热增温绝热增温 当当当当空气块空气块空气块空气块下降过程中，因外界气压增大，外界对下降过程中，因外界气压增大，外界对下降过程中，因外界气压增大，外界对下降过程中，因外界气压增大，外界对气块作功，在绝热的条件下，所作的功只能用于增加气块作功，在绝热的条件下，所作的功只能用于增加气块作功，在绝热的条件下，所作的功只能用于增加气块作功，在绝热的条件下，所作的功只能用于增加气块的内能，因而气块温度升高。这种因气块下沉而气块的内能，因而气块温度升高。这种因气块下沉而气块的内能，因而气块温度升高。这种因气块下沉而气块的内能，因而气块温度升高。这种因气块下沉而使温度上升的现象，称为使温度上升的现象，称为使温度上升的现象，称为使温度上升的现象，称为绝热增温绝热增温绝热增温绝热增温。绝热冷却绝热冷却绝热冷却绝热冷却 当当当当空气块空气块空气块空气块上升过程中，因外界气压减小，气块体上升过程中，因外界气压减小，气块体上升过程中，因外界气压减小，气块体上升过程中，因外界气压减小，气块体积膨胀，对外作功，在绝热的条件下，作功所需的能积膨胀，对外作功，在绝热的条件下，作功所需的能积膨胀，对外作功，在绝热的条件下，作功所需的能积膨胀，对外作功，在绝热的条件下，作功所需的能量，只能由其本身内能来负担，因而气块温度下降。量，只能由其本身内能来负担，因而气块温度下降。量，只能由其本身内能来负担，因而气块温度下降。量，只能由其本身内能来负担，因而气块温度下降。这种因气块绝热上升而使温度下降的现象，称为这种因气块绝热上升而使温度下降的现象，称为这种因气块绝热上升而使温度下降的现象，称为这种因气块绝热上升而使温度下降的现象，称为绝热绝热绝热绝热冷却冷却冷却冷却。干绝热直减率干绝热直减率干绝热直减率干绝热直减率（d d d d ）在大气静力平衡的条件下，在大气静力平衡的条件下，在大气静力平衡的条件下，在大气静力平衡的条件下，干空气和未饱和的湿干空气和未饱和的湿干空气和未饱和的湿干空气和未饱和的湿空气空气空气空气因作干绝热升降运动而引起因作干绝热升降运动而引起因作干绝热升降运动而引起因作干绝热升降运动而引起气块温度气块温度气块温度气块温度随高度的变随高度的变随高度的变随高度的变化率，称之为化率，称之为化率，称之为化率，称之为干绝热直减率干绝热直减率干绝热直减率干绝热直减率。n第三节第三节 大气的增温与冷却大气的增温与冷却n一、地面增温与冷却的差异一、地面增温与冷却的差异n二、大气的增温与冷却二、大气的增温与冷却n（一）增温冷却方式（一）增温冷却方式n（二）干绝热与湿绝热（二）干绝热与湿绝热n 1、干绝热、干绝热n 2 2、湿绝热、湿绝热n 3、干、湿绝热的比较、干、湿绝热的比较n三、大气稳定度三、大气稳定度非绝热变化非绝热变化绝热变化绝热变化2 2、湿绝热变化及湿绝热直减率、湿绝热变化及湿绝热直减率湿绝热变化过程：湿绝热变化过程：当饱和湿空气当饱和湿空气在做绝热上升（或下沉时）在做绝热上升（或下沉时）温度受到两方面的影响温度受到两方面的影响 (1)(1)气团中的干空气上升体积气团中的干空气上升体积膨胀膨胀降温降温，也是每，也是每上升上升100100米米温度温度降低降低1 1C C。（2 2）水汽既已是饱和的，它会因为）水汽既已是饱和的，它会因为上升上升冷却冷却而发生而发生凝结凝结，凝结就要凝结就要放热放热，所以放出的热量又使温度有所回升。，所以放出的热量又使温度有所回升。所以可以推论，因为有凝结放出热量的补给，降温要所以可以推论，因为有凝结放出热量的补给，降温要 小于小于d d 。这整个过程就是大气温度的湿绝热变化。这整个过程就是大气温度的湿绝热变化。湿绝热直减率（湿绝热直减率（m m）：饱和湿空气块上升（下沉）单位距离：饱和湿空气块上升（下沉）单位距离使温度降低（升高）的数值。使温度降低（升高）的数值。m 11C C 是一个是一个变变数数d=1C/100mToTo-d=To-1To放热增温TTo-1C+T=100mm=1C-TTo-(1C-T)一团干空气一团干空气一团湿空气一团湿空气n湿绝热是一个变数湿绝热是一个变数n讨论讨论 影响因素：影响因素：在体积、气压相等的情况下：在体积、气压相等的情况下：100m温度高的（温度高的（起始的气块起始的气块）饱和空气含水量）饱和空气含水量大，所以降低同样的温度，要比温度低大，所以降低同样的温度，要比温度低的饱和空气凝结出更多的水分，意味着的饱和空气凝结出更多的水分，意味着放出更多的热量来。放出更多的热量来。例如例如:20C19C 饱和空气凝结出饱和空气凝结出1克水克水/立方米立方米 0C 1C 饱和空气凝结出饱和空气凝结出0.33克水克水/立方米立方米高温高温 凝结水多凝结水多 放热多（放热多（T T 大）大）m=1m=1C-TC-T mm小小低温低温 凝结水少凝结水少 放热少（放热少（T T 小）小）m=1m=1C-T C-T mm大大湿绝热直减率是一个变数，大小和湿绝热直减率是一个变数，大小和温度温度相相关（与起始气团的温度有关）关（与起始气团的温度有关）湿绝热直减率是一个变数，大小是湿绝热直减率是一个变数，大小是气压气压和和温度温度的函数的函数100m在体积、气压相等的情况下，温度高的在体积、气压相等的情况下，温度高的（起始的气块起始的气块）饱和空气含水量大，所以）饱和空气含水量大，所以降低同样的温度，要比温度低的饱和空降低同样的温度，要比温度低的饱和空气凝结出更多的水分，意味着放出更多气凝结出更多的水分，意味着放出更多的热量来。的热量来。例如例如:20C19C 饱和空气凝结出饱和空气凝结出1克水克水/立方米立方米 0C 1C 饱和空气凝结出饱和空气凝结出0.33克水克水/立方米立方米高温高温 凝结水多凝结水多 放热多（放热多（T T 大）大）m=1m=1C-TC-T mm小小低温低温 凝结水少凝结水少 放热少（放热少（T T 小）小）m=1m=1C-T C-T mm大大结论：当两块饱和空气气压相同，容积相结论：当两块饱和空气气压相同，容积相等等 而气温不同时，而气温不同时，气温高的气温高的mm小，温度变化不大。小，温度变化不大。气温低的气温低的mm大，温度变化较大。大，温度变化较大。n湿绝热是一个变数湿绝热是一个变数n讨论讨论 影响因素：影响因素：n 讨论气压的影响讨论气压的影响气压大小对湿绝热直减率的影响气压大小对湿绝热直减率的影响P大P小n假设温度相同则而这所含的水汽是一定的，于是按湿绝热上升时因温度降低产生的凝结潜热是相等的，但热量不是温度，对于空气密度大小不同的气团，相同的热量引起的增温作用会不同。n P P 大大 等量的热量引起的升温要小些等量的热量引起的升温要小些n （TT小）小）m=1m=1C-T C-T mm大大n P P 小小 等量的热量引起的升温要大些等量的热量引起的升温要大些 （TT大）大）m=1m=1C-T C-T mm小小n结论：在温度相等的情况下气压高的饱和空气结论：在温度相等的情况下气压高的饱和空气mm大，气压低的大，气压低的mm小小n第三节第三节 大气的增温与冷却大气的增温与冷却n一、地面增温与冷却的差异一、地面增温与冷却的差异n二、大气的增温与冷却二、大气的增温与冷却n（一）增温冷却方式（一）增温冷却方式n（二）干绝热与湿绝热（二）干绝热与湿绝热n 1、干绝热、干绝热n 2、湿绝热、湿绝热n 3 3、干、湿绝热的比较、干、湿绝热的比较n三、大气稳定度三、大气稳定度非绝热变化非绝热变化绝热变化绝热变化3、干、湿绝热线的比较：(1)(1)干绝热直减率干绝热直减率d d近似于常数，故是一直线。近似于常数，故是一直线。(2)(2)m m是一个变量，所以是一个曲线。是一个变量，所以是一个曲线。湿绝热直减率曲线始终在干绝热线的右方。湿绝热直减率曲线始终在干绝热线的右方。m m TT（干）（干）m m不不是是恒恒定定的的，因因而而不不是是一一个个直直线线，而而且且是是一一条条下下陡陡上上缓缓的的曲曲线线。因因为为大大气气层层下下层层温温度度高高，m m小小随随高高度度上上升升温温度度下下降降慢慢；大大气气层层上上部部温温度低度低m m大，随着高度上升温度下降快。大，随着高度上升温度下降快。T(干）T(湿）100m0湿绝热湿绝热n（3）到了高层，两条线近于平行。n温度越降越低，水汽凝结越来越多，空气团中的水汽含量越来越少，当水汽为零时，饱和空气也就变为干空气，则m=d，从而使两条线近于平行。n大部份云是由于大部份云是由于空气块空气块上升上升 而而冷却冷却，从，从而产生凝结。而产生凝结。n空气块为什么会上升？空气块为什么会上升？n为什么它们在某些地方上升而在另一些地为什么它们在某些地方上升而在另一些地方不上升？方不上升？n为什么云会有各种不同的形状？为什么云会有各种不同的形状？n回答这些问题要从了解大气的稳定度开始。回答这些问题要从了解大气的稳定度开始。n气块周围的大气称为气块的环境，或称气块周围的大气称为气块的环境，或称环境大气。环境大气。n环境大气的状态，包括它的气压、温度环境大气的状态，包括它的气压、温度和露点随高度的分布是已知的，而且在和露点随高度的分布是已知的，而且在以后的讨论中假设是不变的。以后的讨论中假设是不变的。n环境大气中的温度或露点随高度的分布环境大气中的温度或露点随高度的分布是通过测量得到的，称为是通过测量得到的，称为层结曲线层结曲线。n第三节第三节 大气的增温与冷却大气的增温与冷却n一、地面增温与冷却的差异一、地面增温与冷却的差异n二、大气的增温与冷却二、大气的增温与冷却n（一）增温冷却方式（一）增温冷却方式n（二）干绝热与湿绝热（二）干绝热与湿绝热n 1、干绝热、干绝热n 2、湿绝热、湿绝热n 3、干、湿绝热的比较、干、湿绝热的比较n三、大气稳定度三、大气稳定度非绝热变化非绝热变化绝热变化绝热变化 三、大气的稳定度三、大气的稳定度 许多天气现象的发生都和大气稳定度有密切许多天气现象的发生都和大气稳定度有密切关系，大气稳定度是指气块受到任意方向的扰关系，大气稳定度是指气块受到任意方向的扰动后返回或远离平衡位置的趋势和程度。也即动后返回或远离平衡位置的趋势和程度。也即表示空气是否安于原来的层次，是否易于发生表示空气是否安于原来的层次，是否易于发生垂直运动（对流）。垂直运动（对流）。如果容易就不稳定，不容易就稳定。如果容易就不稳定，不容易就稳定。大气稳定度大气稳定度稳定度：稳定度：浮力浮力温度递减率温度递减率平衡态平衡态非平衡态非平衡态一个空气块，当它被移一个空气块，当它被移动离开了原来的位置时，动离开了原来的位置时，它自动会回到原来的位它自动会回到原来的位置，大气就是稳定的。置，大气就是稳定的。相反，气块会继续向它相反，气块会继续向它被移动的方向运动，大被移动的方向运动，大气就是不稳定的。气就是不稳定的。大气静力稳定度的概念大气静力稳定度的概念大气静力稳定度的概念大气静力稳定度的概念 处在静力平衡状态中的大气，空气因受外力因子的扰处在静力平衡状态中的大气，空气因受外力因子的扰处在静力平衡状态中的大气，空气因受外力因子的扰处在静力平衡状态中的大气，空气因受外力因子的扰动后，大气层结（温度和湿度的垂直分布）有使其动后，大气层结（温度和湿度的垂直分布）有使其动后，大气层结（温度和湿度的垂直分布）有使其动后，大气层结（温度和湿度的垂直分布）有使其返回返回返回返回或或或或远离原来平衡位置的趋势或程度远离原来平衡位置的趋势或程度远离原来平衡位置的趋势或程度远离原来平衡位置的趋势或程度，称之为，称之为，称之为，称之为大气静力稳定度大气静力稳定度大气静力稳定度大气静力稳定度。稳定稳定稳定稳定 若气块逐渐减速，趋于回到原位，这时气若气块逐渐减速，趋于回到原位，这时气若气块逐渐减速，趋于回到原位，这时气若气块逐渐减速，趋于回到原位，这时气 块所处的块所处的块所处的块所处的气层气层气层气层，对于该气块而言是，对于该气块而言是，对于该气块而言是，对于该气块而言是稳定稳定稳定稳定的。的。的。的。中性中性中性中性 若既无回到原位，有无继续加速先前的趋若既无回到原位，有无继续加速先前的趋若既无回到原位，有无继续加速先前的趋若既无回到原位，有无继续加速先前的趋势，而是保持原有运动状态，这时气块所处的势，而是保持原有运动状态，这时气块所处的势，而是保持原有运动状态，这时气块所处的势，而是保持原有运动状态，这时气块所处的气层气层气层气层，对于该气块而言是，对于该气块而言是，对于该气块而言是，对于该气块而言是中性中性中性中性的。的。的。的。不稳定不稳定不稳定不稳定 若气块按原方向加速运动，这时气块所处若气块按原方向加速运动，这时气块所处若气块按原方向加速运动，这时气块所处若气块按原方向加速运动，这时气块所处的的的的气层气层气层气层，对于该气块而言是，对于该气块而言是，对于该气块而言是，对于该气块而言是不稳定不稳定不稳定不稳定的。的。的。的。n稳定度的判断稳定度的判断：T1 P11T0P00 T0 P00 T P ZT1 P11浮力浮力重力重力气块扰动前后的状态气块扰动前后的状态单位体积气块受力示意图单位体积气块受力示意图T P 气块气块周围环境周围环境n当气块位于平衡位置时，具有与周围大气相同的气压、当气块位于平衡位置时，具有与周围大气相同的气压、温度和密度温度和密度T T0 0 P P0 00 0n受扰动后，绝热上升，经受扰动后，绝热上升，经Z Z后，状态为后，状态为T T1 1 P P1 11 1，根，根据静力条件据静力条件 p p1 1=p,=p,温度、密度不同温度、密度不同n单位气块受两个力：浮力单位气块受两个力：浮力g gn 重力重力1 1g gn两力和力为层结内力两力和力为层结内力f=f=g-g-1 1g gn 牛顿第二定律：牛顿第二定律：f=ma,f=ma,n对于对于单位单位气块：气块：1 1 m mna=(a=(-1/1/1)g1)g浮力浮力温度温度空气团环境n干空气和未饱和的湿空气干空气和未饱和的湿空气 d d a a d，a 0，加速度与位移的方向相同，层结不稳定，加速度与位移的方向相同，层结不稳定饱和湿空气的稳定度判定饱和湿空气的稳定度判定:m,m,层结不稳定层结不稳定m,m,层结中性层结中性稳定度的确定稳定度的确定n现在我们要讨论上升气块和周围环境空气现在我们要讨论上升气块和周围环境空气之间的关系。之间的关系。n环境空气的环境空气的层结曲线层结曲线是由测量得到的。是由测量得到的。n作为一种作为一种平均状态平均状态，标准大气采用在对流，标准大气采用在对流层中空气温度每上升一公里下降层中空气温度每上升一公里下降6.56.50 0C C。n每天的层结曲线都是不同的，一天中不同每天的层结曲线都是不同的，一天中不同时刻，层结曲线也会有变化，尤其在近地时刻，层结曲线也会有变化，尤其在近地层变化最大。层变化最大。稳定大气稳定大气n如果环境大气的层结曲线温度递减率较小如果环境大气的层结曲线温度递减率较小（比如按标准大气，每公里温度减低（比如按标准大气，每公里温度减低6.56.50 0C C），而气块上升时气块温度按干绝热），而气块上升时气块温度按干绝热递减率，每公里減低递减率，每公里減低10100 0C C。这样，当外力把。这样，当外力把气块抬升一定高度，气块的温度将低于同气块抬升一定高度，气块的温度将低于同一高度的环境大气。冷空气密度大，就有一高度的环境大气。冷空气密度大，就有下沉的趋势。因此若外力不再抬了，气块下沉的趋势。因此若外力不再抬了，气块会自动的回到原来位置，这时大气是稳定会自动的回到原来位置，这时大气是稳定的。的。稳定空气稳定空气DALR ELRDALR ELR 3020 0C10 0C30 23 16 710环境温度环境温度不稳定大气不稳定大气n如果环境大气的如果环境大气的温度递减率温度递减率()超过超过干绝干绝热递减率热递减率(d d)。n当气块被外力抬升以后，由于气块温度将当气块被外力抬升以后，由于气块温度将高于周围环境，气块会受到一个浮力而续高于周围环境，气块会受到一个浮力而续继上升。继上升。n这种大气被称为这种大气被称为不稳定大气不稳定大气。n空气团比空气空气团比空气暖暖n持续上升持续上升ELRDALRELRDALRn d dn=12/1000m=12/1000mnd d=10/1000m=10/1000m131211200m100m300m13.21210.8空气温度空气温度气块气块绝对不稳定空气绝对不稳定空气n空气团比环境空气团比环境暖暖n继续上升继续上升n d dELR=11C m d302520302010 30 0C23161057干空气干空气饱和，湿空气饱和，湿空气条件不稳定空气条件不稳定空气n干时，稳定干时，稳定ELRDALRELR ELR MALRDALR ELR MALR干干湿湿11C11C12C12C13C13Cd d=11C11.2C12C12C13C12.8C11C10.8C12C12C13C13.2C0.8=(d d=1)=1.2返回原地返回原地稳定稳定300m200m100m推到哪里就在那里推到哪里就在那里 属中性气层属中性气层远离原地远离原地不稳定不稳定 判定大气稳定度的基本方法：判定大气稳定度的基本方法：（1 1）越小越稳定，越大越不稳定。越小越稳定，越大越不稳定。=0=0 随高度升高温度不随高度升高温度不变是同温层。变是同温层。00时随高度的升高温度反而增加叫时随高度的升高温度反而增加叫逆温层，逆温层，稳稳定到了对流不能进行的程度，定到了对流不能进行的程度，也叫阻挡层也叫阻挡层。（2 2）当）当 m m时，就肯定时，就肯定 d d时就肯定时就肯定 d d m m，无论空气是否达无论空气是否达到饱和，大气总是处于不稳定状态，到饱和，大气总是处于不稳定状态，叫绝对不稳定叫绝对不稳定。（3 3）m m d d d d 不稳定；不稳定；不稳定；不稳定；=d d d d 中性；中性；中性；中性；m m m m 不稳定；不稳定；不稳定；不稳定；=m m m m 中性；中性；中性；中性；m m m m 稳定。稳定。稳定。稳定。综合判据综合判据综合判据综合判据 愈大，大气愈不稳定；愈大，大气愈不稳定；愈大，大气愈不稳定；愈大，大气愈不稳定；m m m