【正文】 (4) 若取 dvvvdddd TlRTTRgdHdT ??????? *?KT d 2 7 3? 1?vdTT)( 1??? h g p mKd? 表示氣塊在干絕熱過程中 ,每升高100gpm，露點(diǎn)下降 。 ? ?? )10 00(pT?位溫在干絕熱過程中是不變的，其證明如下： 兩邊乘 得 與熱流量方程比較 并近似取 Cp=Cpd,R=Rd，則得 ?? )10 00(pT?pdpcRTdTdpdd????TcpdpdpTRdTCdTCdpdpd ????pdpRTdTcdQp ????dTcdQpd?可以看到： (1)在絕熱過程中，由于 dQ=0，因此 dθ=0， θ等于常數(shù)。 例： P（ hPa） 900 800 700 600 t（ OC） 21 9 而一般情況下，比濕 q小于 ，可以取 κ≈ κd=。 滿足準(zhǔn)靜態(tài)條件（無摩擦的準(zhǔn)靜態(tài)過程） 0,0 ?? dmQ?epp ?*gHp e ????? g p mkgJg ?? /*絕熱運(yùn)動(dòng)的基本假定 絕熱、封閉系 環(huán)境氣層滿足準(zhǔn)靜力平衡條件 綜合條件（ 2）、（ 3），得 *gHpdHdpe??????** gTRpgTRpdHdpvdvde ????(） () *1ln gTRdHpdvd??在自由大氣中， 氣塊垂直運(yùn)動(dòng)可以看作是絕熱運(yùn)動(dòng)。 無摩擦的準(zhǔn)靜態(tài)過程為可逆過程 ,有： pp e ?p:為系統(tǒng)內(nèi)部的壓強(qiáng) pe:外界環(huán)境的壓強(qiáng) (） 根據(jù)假設(shè) (1)，理想氣體的內(nèi)能與體積無關(guān)，只是溫度的函數(shù)，因此，系統(tǒng)內(nèi)能的變化 dU 式中 Cv為定容比熱。 初期以溶質(zhì)效應(yīng)為主， 后期以曲率效應(yīng)為主 . 坎。表示 微滴的飽和比比平水面 飽和比的增加量。 其中： ? 由于溶液 χ 總是小于 1，所以 Es總是小于 E，表示溶液飽和水汽壓總小于純水面飽和水汽壓。故云滴實(shí)際上是一個(gè)溶液滴，其表面飽和水汽壓受溶質(zhì)的影響，大小由 拉烏爾定律 確定 。將 Thomson公式展開，忽略高次 項(xiàng)： TRcvlr ??2?? ?)e x p ( rCEE rr ?)1(rCE r??r（ cm） 108 107 106 105 104 103 Er/E 表 ：水滴飽和水汽壓與半徑的關(guān)系（ 0℃ ） t ℃ 20 10 0 10 20 Cr（ 107cm） 表 ： Cr與溫度 T的關(guān)系 結(jié)論： 對凸面， r ﹥ 0， ? 水滴表面飽和水汽壓隨半徑減小而迅速增大。 ? “蒸發(fā)是一個(gè)冷卻過程” ?凝結(jié)必須釋放凝結(jié)潛熱 , 云和霧的形成離不開凝結(jié)，而潛熱的釋放在強(qiáng)天氣 (雷暴、臺(tái)風(fēng)等 )形成過程中起著重要的作用，同時(shí)，還能將大量來自熱帶的熱量向極地輸送。 ? 全球的平均降水量必須等于蒸發(fā)的水量。 觀測表明 :在 ,水汽含量已減少為地面的 50%,至 5KM高度處 ,只有地面的 10%,再向上就更少了。而在南極的蘇聯(lián)東方站，相應(yīng)的水汽混合比為 104克 /千克 與最大值相差 5個(gè)量級。這是由于北半球陸地面積廣大，使氣溫強(qiáng)烈受熱，以及夏季太 ? 赤道附近的氣溫年變化很小，隨著緯度的增加，年變化幅度也增大。南半球等溫線較平直，在有陸地的地方，等溫線也發(fā)生與 ? 各經(jīng)線上具有最高氣溫的各點(diǎn)的連線，稱為 熱赤道 。 三 . 全球海平面氣溫分布 海平面氣溫分布的基本特征 ? 等溫線大部分 (尤其是南半球 )趨向于接近東西向排列，同時(shí)溫度從赤道向極地降低。 N)高 ℃ 。 以上各種因子的綜合結(jié)果，使得水體增溫緩慢，能儲(chǔ)存更多的熱能， 同時(shí)其冷卻也比陸地緩慢。 表 亞洲 54 Tirat Tsvi,以色列 217 澳大利亞 53 Cloncurry,昆士蘭州 187 歐洲 50 Seville,西班牙 8 中國 吐魯番，新疆 南美 49 Rivadavia,阿根廷 1 203 大洋洲 42 Tuguegarao,菲律賓 22 南極洲 15 Vanda站 8 極端最低氣溫的世界記錄為 88 3℃ ，它出現(xiàn)在 1960年8月 24日南極洲的東方站；我國的極端最低氣溫為 523℃ ，出現(xiàn)在 1969年 2月 13日黑龍江省的漠河站。 ? 某氣象要素的極值是指有觀測記錄以來該氣象要素的極端數(shù)值或在某特定時(shí)段的極端數(shù)值。這些就是本章所要涉及的內(nèi)容。大氣溫度、濕度和穩(wěn)定度在大氣的熱力過程和狀態(tài)變化中起著十分重要的作用。 ，但它是參與大氣變化過程的最重要?dú)怏w，其中最明顯的例子是云和降水的形成直接與水汽及其相變有關(guān)。 第 1節(jié) 大氣溫度 一 .平均氣溫和氣溫極值 ? 日平均氣溫 是一晝夜的 24次、 8次或 4次觀測值的平均數(shù)據(jù)。實(shí)際應(yīng)用中，有平均極值、極端值和一定保證率的極值等三種極值。 二 . 影響地面氣溫的因子 ?緯度 ?水、陸加熱率差異 ?洋流影響 ?高度 ?地理位置 。 表 南、北半球氣溫的平均年較差 (℃ ) 緯度 北半球 南半球 緯度 北半球 南半球 0 0 0 60 30 11 15 3 4 75 32 26 30 13 7 90 40 31 45 23 6 南半球氣溫年較差明顯小于北半球 ? 受暖 (冷 )洋流影響的陸地氣溫比不受影響的地方高(低 ) 好幾度。受美國西海岸冷性加利福尼亞洋流的影響，加利福尼亞南部沿海的夏季氣溫要比美國東海岸 (不受此冷洋流影響 )緯度相當(dāng)?shù)牡胤降?6℃ 或更多 . ?測站高度對平均氣溫有影響 ?高山站的實(shí)際氣溫要比按平均遞減率計(jì)算的結(jié)果高 ?例如，厄瓜多爾海撥 12m的 Quayaquil年平均氣溫為 ℃ ，與其相鄰的海撥 2800m的Quito年平均氣溫只有 ℃ 。這說明地表和大氣加熱過程中起主要作用的入射太陽輻射是緯度的函數(shù)。然而，熱赤道并非位于赤道，而是 1月份位于5～ 10176。氣溫年變化幅度還隨著大陸 大氣中的水汽含量 全球有 140萬萬億噸的水 海水 （ 咸水） 占 97％ 淡水占 3％ 冰雪占2％ 其它占1％ 地下水占 ％ 表面水占 1％ 空中水占 ％ （約 28萬億噸 ） 水汽占 95％ 云雨占 5％ 大氣中的水汽約為 28萬億噸 95％ ～ 噸 。我國 新疆的吐魯番年降水量僅 16mm，也是非常干旱的地區(qū)。 (2) 大氣中的水汽含量還與地理緯度 .海岸線分布、地勢的高低、季節(jié)及天氣條件密切相關(guān)。 ? 全球大陸降水量超過蒸發(fā)量；海洋上蒸發(fā)超過降水。 ?水汽在固體物 (如草地或玻璃窗 )上凝華，通常稱這些凝華物為白霜，簡稱霜。 ? 實(shí)際大氣中， e/E﹤ ，故大氣中 r ﹤ 105cm的水滴均不能存在。 ?拉烏爾定律：溶液表面溶劑的飽和蒸氣壓（ Es） 正比于溶液中溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)。 ? 從例題計(jì)算結(jié)果可以看出，溶質(zhì)對溶液表面飽和蒸汽壓的影響主要體現(xiàn)在濃溶液階段，對稀溶液，其影響較小。 為溶液項(xiàng)。 第 3節(jié) 熱流量方程 熱流量方程是熱力學(xué)第一定律在大氣熱力學(xué)過程中的具體應(yīng)用形式。 由假設(shè) (2)，空氣微團(tuán) (系統(tǒng) )內(nèi)部壓強(qiáng) p與外界環(huán)境壓強(qiáng) pe相等，因此，系統(tǒng)抵抗外界壓力所作的功為 dW=pdV dTmcdU v? dQ=CvdT+pdα α為比容 , Cv為定容比熱 Pdα=RdTαdp 代入上式 dQ=(Cv+R)dTαdp 設(shè)定壓比熱為 Cp=Cv+R,則 這就是大氣科學(xué)中常用的熱力學(xué)第一定律表達(dá)式，也稱為 大氣熱流量方程。 下列過程不能看成是絕熱過程 : ?在大氣邊界層，尤其是近地層幾十米的氣層內(nèi)，湍流熱交換很強(qiáng)； ?在平流層內(nèi)，輻射影響顯著； ?以及在那些時(shí)間比較長的過程中，熱量交換的累計(jì)效應(yīng)較明顯。泊松 (Poisson)方程 為 說明，未飽和濕空氣的絕熱方程與干空氣絕熱方程相當(dāng)接近，可以用同一方程來描述。也就是說，干絕熱過程中位溫 θ是保守量，干絕熱過程就是等 θ過程。 則 () 五、凝結(jié)高度 (Hc) 定義 未飽和濕空氣可逆絕熱上升，溫度露點(diǎn)下降，而溫度露點(diǎn)差（ TTd）減小，當(dāng)氣塊剛達(dá)飽和 T=Td時(shí)（未產(chǎn)生凝結(jié)），氣塊對應(yīng)的位勢高度，稱為 凝結(jié)高度 。 一 、 概念 氣塊上升到凝結(jié)高度以上，水汽開始凝結(jié)并釋放出潛熱，如果飽和空氣塊繼續(xù)上升且 全部凝結(jié)物保留 在氣塊內(nèi)，并與外界無熱量交換；氣塊下降時(shí)，凝結(jié)物又凝結(jié)沿逆過程回到原來的狀態(tài)，這樣的過程成為可逆濕絕熱過程。 ? ? 隨高度上升水汽減少 , 逐漸向 靠攏 dzdrs 0?dzdrsdm ?? ?的函數(shù)，是是常數(shù)，而 TPmd ??m? d? ? 假相當(dāng)位溫 θse ? 在干絕熱過程中，位溫 θ不變，利用 θ的保守性可以跟蹤未飽和空氣的運(yùn)動(dòng)，識別運(yùn)動(dòng)過程中的氣塊。 ? 問題 :在濕絕熱上升過程中 ,位溫最大升高到多少 ? ??dTCdrLpdsv ?? ? 為了便于對上式積分，取 ,并取 Lv為常數(shù)，則 ? 將上式從凝結(jié)高度 (溫度為 Tc，位溫為 θc)積分至 rs=0的高度，并定義氣塊假絕熱上升至水汽全部凝結(jié)時(shí)得到的最大 θ值為假相當(dāng)位溫 θse(歐美國家常稱其為相當(dāng)位溫，并記為 θse) ? 于是 θse )( TrdTdr ss ???dTCrLdpdsv ?? )()l n(seccpdsvTCrL????)e xp(cpdsvcse TCrL?? ?? 按照前面所說的位溫的定義， θse就是濕空氣在上升過程中 (先為干絕熱上升，凝結(jié)高度以上按濕絕熱上升 )至所含水汽全部凝結(jié)、降落，潛熱全部釋放后，再按干絕熱過程下降到 1000百帕?xí)r的溫度，也是濕空氣的最大可能位溫。它有可能使植物、莊稼枯死，森林出現(xiàn)火災(zāi)。但在以后的大部分時(shí)間內(nèi)，則以干絕熱變溫率增溫。 優(yōu)點(diǎn)：簡單、直觀 缺點(diǎn)：誤差比公式計(jì)算的大 熱力學(xué)圖解法適用于： 1）精度要求不高的業(yè)務(wù)工作； 2）需要獲得直觀認(rèn)識的場合 公式法適用于理論研究，精度要求高的業(yè)務(wù)工作。 推導(dǎo)： 對一的封閉系，在無限小的可逆過程中，外界對他所做的體脹功為 ?? ??? ?? pdmWW () 若該系統(tǒng)為一個(gè)均勻的未飽和濕空氣系統(tǒng)，代入空氣狀態(tài)方程 TRp m??得 (）式右邊表示 Tlnp圖中一塊面積的 Rm倍。取一組不同的位溫值就能得到一組等位溫線，它是一組對數(shù)曲線。 取 qs=常數(shù)，然后對上式取對數(shù)、微分， 并利用克拉珀龍 — 克勞修斯方程的近似形式 ? ? ? 以 x=T,y=lnp ? ? 這就是等飽和比濕線所滿足的雙曲線方程，它在大氣的溫、壓范圍內(nèi)近似為直線。第一步，假設(shè)飽和氣塊由 A到 B的全部