【正文】 ?? )(1 中性???? 0zse? ＜ 0 ＞ 0 穩(wěn)定 =0 中性 (1)γ＞ γd，對(duì)于干空氣和飽和濕空氣都是不穩(wěn)定的，稱(chēng)其為“絕對(duì)不穩(wěn)定”； (2)γ＜ γm，對(duì)于干空氣和濕空氣都是穩(wěn)定的，稱(chēng)為 (3)γm＜ γ＜ γd，對(duì)干空氣是穩(wěn)定的，對(duì)濕空氣為不穩(wěn)定，稱(chēng)它為“條件性不穩(wěn)定”； (4)γ=γd (5)γ=γm，對(duì)干空氣是穩(wěn)定的，對(duì)飽和濕空氣是中性層結(jié)。 判斷靜力穩(wěn)定度的基本方法 — 氣塊法 ?基本思路 ? 分析受擾氣塊運(yùn)動(dòng)到某高度，在該高度上的鉛直運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。 穩(wěn)定氣層： 氣塊在受擾后，有一鉛直虛位移，若氣塊到達(dá)新位置后有返回原來(lái)位置的趨勢(shì)，則為穩(wěn)定氣層； 中性氣層： 氣塊在受擾后，有一鉛直位移，若氣塊到達(dá)新位置后既無(wú)離開(kāi)又無(wú)返回原來(lái)位置的趨勢(shì)，則為中性氣層；（隨遇平衡） 不穩(wěn)定氣層： 氣塊在受擾后，有一鉛直虛位移，若氣塊到達(dá)新位置后有離開(kāi)原來(lái)位置的趨勢(shì)，則為不穩(wěn)定氣層； 大氣穩(wěn)定度是表示大氣層結(jié)對(duì)氣塊能否產(chǎn)生對(duì)流的一種潛在能力的量度。那么，為什么空氣有時(shí)能上升而有時(shí)卻不能 ? 為什么空氣上升時(shí)，所形成的云和降水的類(lèi)型、大小以及強(qiáng)度又那么多變 ?這與大氣的穩(wěn)定度密切相關(guān)。 Tlnp圖上就以小黃點(diǎn)上的數(shù)值表示用這種方法預(yù)先算出的各標(biāo)準(zhǔn)等壓面之間 (1000～ 850，850～ 700， 700～ 500hpa等 ) 2ppTHH ??? 若要求等壓面 p1=850hPa與 p2=700hPa之間的厚度 H(７００ 850) ,首先根據(jù)層結(jié)曲線，利用等面積法 (面積 A1=A2)求出 p1與 p2間的平均溫度 T ? 然后在 Tlnp圖上讀出相應(yīng)于 T的 850～ 700hPa間的厚度。在 Tlnp圖的各等壓面(1000， 900， 800， 700百帕， ……) 上，相鄰兩根綠色短豎線之間的溫度差表示飽和虛溫差 ΔTvs。利用 q=622e/p=622E(td)/p的關(guān)系，只要沿通過(guò) A(p,td)點(diǎn)的等溫線上升到與 p=622hPa等壓線相交于 D’點(diǎn)，則該點(diǎn)等飽和比濕線 (qs)的數(shù)值，就是狀態(tài) A(P,t,td)的實(shí)際水汽壓。以上面求出的 qs=， q= (4)凝結(jié)高度 (zc) 由于通過(guò) (p， td)點(diǎn)的飽和比濕就是狀態(tài)A(p， t， td)點(diǎn)的實(shí)際比濕 q，因此，由 A(p,t)點(diǎn)沿干絕熱線上升，直到與通過(guò) (p,td)點(diǎn)的等飽和比濕線相交之點(diǎn)即為凝結(jié)高度。例如，當(dāng) A點(diǎn)的 p=1010，t=22℃ 時(shí)，則 θ=℃ 。由于高度與氣壓存在一定的關(guān)系，因此，可以把溫度隨氣壓的分布 T(p)看作溫度隨高度的分布 T(z)，層結(jié)曲線也就是 dT/dz 若把高空觀測(cè)的露點(diǎn)或相對(duì)濕度值點(diǎn)繪在 Tlnp圖上，連接成曲線就得到表示 濕度分布的層結(jié)曲線 。這種近似的繪圖方法所引起的誤差，從能量角度講，等于三角形 AAB面積所代表的能量。第二步，將不飽和氣塊 A干絕熱上升到與等飽和比濕線 (qs+Δqs)相交，得到 B點(diǎn)。 ?假絕熱線曲線不是根據(jù)假絕熱方程作出，而是根據(jù)物理過(guò)程的分析逐段畫(huà)出來(lái)。 其斜率為 () Tdxdy?1??(4)等飽和比濕線 — 一組近似為直線的 (綠色 )雙曲線。 ?? pTRmW m ln變換后，得 ?? dTppRmW m )l n ( 00 (1)等溫線 — 平行于縱坐標(biāo)的一組等間隔 (黃色 ) (2)等壓線 — 平行于橫坐標(biāo)的一組 (黃色 )直線 ?在縱坐標(biāo)的左側(cè)有 1000— 200 hPa之間每隔100 hPa的等壓線數(shù)值，右側(cè)括號(hào)內(nèi)標(biāo)有250— 50 hPa之間的等壓線數(shù)值。 ? 一般絕熱圖上的基本線條有等溫線、等壓線、干絕 溫度 —對(duì)數(shù)壓力圖結(jié)構(gòu) (?，攬D ) ? ? 熱力學(xué)方程 ? 面積具有能量單位： 1cm2=)ln( pR T ddTCpR T dpdTCdQpp ?????pyTxln???特點(diǎn)： (1)縱坐標(biāo)所示的氣壓向上減小，與實(shí)際大氣情況相同，應(yīng)用方便； (2)相差 n倍的兩等壓線之間的距離相等，使具有 Tlnp圖可重復(fù)使用性； 可以用 1000到200百帕之間的等壓線來(lái)代替 250到 50百帕之間的等壓線，這樣， TlnP圖就不至于太大。 ? 熱力學(xué)圖解的種類(lèi)很多，但是，無(wú)論那一種熱力學(xué)圖解，都是把常用的熱力學(xué)公式預(yù)先給定各種可能的參數(shù)作成圖表。 焚風(fēng)成因 ? 氣流遇山被迫抬升時(shí)，若其凝結(jié)高度 Zc低于山脈高度，則山前氣流先按干絕熱遞減率 γd降溫，至凝結(jié)高度，達(dá)飽和后，水汽開(kāi)始凝結(jié)，并進(jìn)而形成云和降水，這時(shí)空氣按濕絕熱遞減率 (γm)緩慢降溫。 (2)假相當(dāng)溫度 (Tse ) ? 相應(yīng)于干絕熱過(guò)程中位溫與溫度的概念和關(guān)系，與假相當(dāng)位溫相對(duì)應(yīng)，也應(yīng)有假相當(dāng)溫度。但這時(shí)卻存在另一個(gè)保守量 —假相當(dāng)位溫 (θse)，它能用來(lái)跟蹤飽和濕空氣的運(yùn)動(dòng)。 凝結(jié)物脫離氣塊帶走少量熱量 ， 并非嚴(yán)格的絕熱過(guò)程 。 167。當(dāng)位溫增加時(shí)，氣塊有熱量收入；位溫降低時(shí)，有熱量放出。 ?d ：對(duì)象是氣塊， T變化與過(guò)程有關(guān)，近似為常數(shù)； ?d 與 ? ： 三 .位溫 ?位溫的定義是氣塊沿干絕熱過(guò)程移動(dòng)到1000hPa時(shí)所具有的溫度，以 θ表示。 pcRppTT )(00?令熱流量方程中 dQ=0, 得 從初態(tài) Po、 To到狀態(tài) P、 T進(jìn)行積分 式中 κ=R/Cp 未飽和濕空氣的絕熱方程，也稱(chēng)為 泊松 (Poisson)方程 ?)(00 ppTT?PdPRTdTcp ? 已知?dú)鈮K初態(tài)為（ 1000hPa， 30oC），根據(jù)干絕熱方程，得： 根據(jù)干絕熱方程，已知未飽和氣塊的任意初狀態(tài)（ p0， T0），可求得處于干絕熱過(guò)程中任意狀態(tài)相應(yīng)的（ p， T）。在絕熱過(guò)程中，溫度的改變完全由外界氣壓的改變所決定。 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程：一個(gè)系統(tǒng)在外界影響下所經(jīng)歷的過(guò)程進(jìn)行如此緩慢，以至該過(guò)程中任一狀態(tài)都是平衡態(tài)，該過(guò)程稱(chēng)為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。 ??EES nr , 31 rcrCS nr ???rCr3r討論 a、溶質(zhì)效應(yīng)和曲率效應(yīng)對(duì)飽和水汽壓影響相反。 定義飽和比 則 為曲率項(xiàng)。 swwnnn???nw— 溶劑的摩爾質(zhì)量數(shù)， ns— 溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量數(shù)。凝結(jié)核通常是一些鹽類(lèi)物質(zhì)，如 Nacl、（ NH4） 。過(guò)冷水與水汽的平衡稱(chēng)為 亞穩(wěn)平衡 3. 飽和水汽壓與溫度的關(guān)系 (1)克拉珀龍 — 克勞修斯 (ClapeyronClausius)方程 2TARLEdTdEV?)]12731(e xp[0 TARLEEV??(2)純水平面上的飽和水汽壓 (3) 冰面飽和水汽壓 將克勞修斯 —克拉伯龍方程中蒸發(fā)潛熱 L換成升華潛熱 Ls Ld：凍結(jié) (溶解 )潛熱 ds LLL ??)]12731(e xp[0TARLLEEVdi ???討論： （ 1） 因?yàn)?t0， ， 所以 ， 同溫度 下 ， 冰面飽和水汽壓小于過(guò)冷水面飽和水汽 壓； （ 2） 與溫度有關(guān) ， 當(dāng) t=時(shí) 有 1?EEiiEEE ???h P aE )( m a x ??(4)曲面純水的飽和水汽壓 實(shí)驗(yàn)公式 (Thomson公式 ) 1871年 ， Thomson根據(jù)毛細(xì)管實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提出 Rv：水汽比氣體常數(shù) )e xp()2e xp( rCETrREE rvlr ?? ??TRCvlr ??2?討論： 令 Cr與 T、 等有關(guān)，由于 與 r有關(guān)，故 Cr 與 r也有關(guān)，但實(shí)際計(jì)算中常不考慮 Cr 與 r 的關(guān)系。潛熱在很多大氣過(guò)程中起著重要作用。據(jù)估計(jì)，在北美，大氣中通過(guò)氣流攜帶的水分比全部陸地上河流輸送的水要多 6倍多。 (1)大氣中的水汽含量歲高度增加而明顯減少 。相變 大氣中的水汽隨著溫度、氣壓有劇烈的變化 ?在阿拉伯半島的沙加海濱水汽混合比可高達(dá)35克 /千克 （濕空氣中水汽質(zhì)量和干空氣質(zhì)量之比），這是濕度最大值。 N。這是由于太陽(yáng)直射點(diǎn)位置 1月份位于南半球、 7月份位于北半球的 ? 冬季北半球等溫線在大陸上向赤道方向凸出，海洋上向極地方向凸出，而夏季則相反。盛行向岸風(fēng)的沿海站，因受海洋氣流影響具有涼夏、暖冬的溫度特征；而盛行離岸風(fēng)的沿海站有著更多的陸地溫度特征。 N)一月份平均氣溫比不受暖洋流影響的紐約(北緯 40176。 ?水的比熱平均要比陸地大三倍 ?水面的蒸發(fā)大于陸面的蒸發(fā)，導(dǎo)致水體失熱過(guò)多，水溫不易升高。 ? 極端極值 是以某要素在某時(shí)段內(nèi)的全部極值觀測(cè)記錄中挑選出的最極端的數(shù)值。 ? 12個(gè)月的月平均氣溫相加，除以 12所得結(jié)果就是 年平均氣溫 。同時(shí)，溫度、濕度和穩(wěn)定度之間還存在著互相依存和互相影響的關(guān)系。第三章 大氣熱力學(xué) ，發(fā)生在大氣中的各種熱力過(guò)程和狀態(tài)變化可以廣泛地應(yīng)用熱力學(xué)定律和方法來(lái)進(jìn)行研究。然而，云和降水的形成首先必須通過(guò)空氣的垂直運(yùn)動(dòng)，而空氣的垂直上升運(yùn)動(dòng)又是在一定的大氣層結(jié)穩(wěn)定度條件下才能產(chǎn)生。 ? 月平均氣溫 是一月內(nèi)各天日平均氣溫相加，然后除以該月的天數(shù)所得的值。 ? 平均極值 是指對(duì)每天觀測(cè)到的某項(xiàng)極值 (如最高溫度 )進(jìn)行旬、月、年或多年平均的結(jié)果。 、陸加熱率差異 ? 對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收、反射和透射率差異導(dǎo)致太陽(yáng)能在陸面和水面分布厚度的不同。 ? 例如，受暖高爾夫洋流 (Golf Stream)影響的倫敦 (北緯 51176。然而，按平均氣溫遞減率計(jì)算， Quito的氣溫應(yīng)該比Quayaquil低 ℃ ，而現(xiàn)在僅比它低 ℃ ? 地理位置可對(duì)氣溫產(chǎn)生大的影響。此外，在北半球，等溫線 1月比 7月密集，說(shuō)明北半球的南北溫差冬季大于夏季。 N， 7月份北移至 20176。 全球平均氣柱內(nèi)的水汽總量為 27kg/m2 第 2節(jié) 水 (分 )循環(huán) 水汽的空間分布 ?水汽絕大部分集中在對(duì)流層下半部，隨高度增加而急劇減少，水汽實(shí)際上隨地區(qū)和季節(jié)的差異有很大的變化。 一 .水 (分 )循環(huán) ? 雖然任何時(shí)刻大氣中的水汽含量只占地球總水量的很少一部分，但在一年內(nèi)通過(guò)大氣循環(huán)的絕對(duì)水量是巨大的，體積足以復(fù)蓋整個(gè)地球表面100cm深的厚度。 二 .水的相變和相平衡 ?在相態(tài)變化之中，供給物質(zhì)的熱量并非用于物質(zhì)的溫度變化 ,所以稱(chēng)它為潛熱 (隱藏的意思 ) 。 ?升華或凝華過(guò)程的能量收支等于融解和蒸發(fā)，或凝結(jié)和凍結(jié)兩個(gè)過(guò)程的能量之和 (態(tài) )平衡 物質(zhì)的相態(tài)及其變化由溫度和壓強(qiáng)決定 蒸發(fā)線 升華線 融解線 三相點(diǎn) 臨界溫度374℃ 臨界溫度374℃ 臨界壓強(qiáng) ? 如果我們很小心地使水冷卻，則純水可以在℃ 以下并不凍結(jié)，這時(shí)的水稱(chēng)為過(guò)冷水，過(guò)冷水的飽和水汽壓與溫度的關(guān)系如 OB′線表示。 對(duì)凹面， r ﹤ 0，則 ? 在植物表面毛細(xì)管上容易凝結(jié) )1(rCEE rr ?? 實(shí)際大氣中的云滴是水汽在凝結(jié)核上凝結(jié)而成。 EE s ??χ ：溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)， Es：溶劑的飽和蒸汽壓（