【正文】 一些嚴(yán)重的大氣污染事件（如洛杉磯光化學(xué)煙霧）多和逆溫層的存在有關(guān)。 如果存在局地的強(qiáng)對(duì)流或其它動(dòng)力因子的強(qiáng)烈抬升作用，使空氣上升達(dá)到凝結(jié)高度以上，則條件性不穩(wěn)定就可能實(shí)現(xiàn)，往往會(huì)造成局地性的雷雨天氣。v 如果知道了某地氣層的 值，就可以利用上述判據(jù)，分析當(dāng)時(shí)的大氣穩(wěn)定度。如果 很小，甚至等于 0（等溫）或小于 0（逆溫），將會(huì)抑制對(duì)流發(fā)展。因此，當(dāng) 時(shí)，大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)。因此，當(dāng) ，大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)。則得判斷穩(wěn)定度的公式 v （ ）的符號(hào)，決定了加速度 a與擾動(dòng)位移的方向是否一致，即決定了大氣是否穩(wěn)定。v 至于中性平衡的氣層，是這團(tuán)空氣上升到任何高度和周?chē)諝舛季哂邢嗤臏囟?，因而有相同的輕重。在一般情形之下，在同一高度，一團(tuán)空氣和它周?chē)目諝獯篌w有相同的溫度。利用狀態(tài)方程 , 有下列關(guān)系v 空氣塊受到?jīng)_擊力作用上升時(shí)，如空氣塊的溫度比周?chē)諝鉁囟雀?，? ，則它將受到一向上的加速而上升；反之，當(dāng) 時(shí)，將受到向下的加速度；而 ，垂直運(yùn)動(dòng)將不會(huì)發(fā)展。假設(shè)環(huán)境空氣密度為 ?， 壓強(qiáng)為 p， 由于處于靜力平衡，有下列關(guān)系式成立v 氣塊的垂直加速度與其內(nèi)外密度差的關(guān)系： v 單位質(zhì)量空氣所受的浮力與重力之合力即為 。v v 大氣穩(wěn)定度的概念 v 大氣穩(wěn)定度是指氣塊受任意方向擾動(dòng)后，返回或遠(yuǎn)離平衡位置的趨勢(shì)和程度。例如北美落基山東坡，我國(guó)天山南麓烏魯木齊等地、大興安嶺和太行山的東麓都有明顯的焚風(fēng)。氣流繼續(xù)上升后其溫度將按假絕熱減溫率變化，凝結(jié)出的水分部分或甚至全部降落。v 焚風(fēng)干而暖的氣流在寒冷季節(jié)能促使冰雪溶化，在溫暖季節(jié)能促使作物早熟。v 焚風(fēng)（ foehn）v 焚風(fēng)是指氣流過(guò)山以后形成的干而暖的地方性風(fēng)。平均位溫分布相對(duì)于赤道是近似對(duì)稱的。它不僅考慮了氣壓對(duì)溫度的影響，而且也考慮了水汽對(duì)溫度的影響，實(shí)際上是關(guān)于溫度、壓力、濕度的綜合特征量，對(duì)于干絕熱、假絕熱和濕絕熱過(guò)程都具有保守性。假相當(dāng)位溫可表示為：v 式中， q 是 1g 是空氣所含水汽量， L 為凝結(jié)潛熱。v 大氣中的水汽凝結(jié)時(shí)，一般是一部分凝結(jié)物脫離氣塊而降落，另一部分隨氣塊而運(yùn)動(dòng)。在對(duì)流層內(nèi)，一般情況下大氣垂直減溫率 ? ?d， 所以有 即位溫是隨高度增加而增加的。v 位溫在干絕熱過(guò)程中保持不變，稱為在干絕熱過(guò)程中具有保守性。為此定義了位溫。v 因此，在氣壓一定的條件下，高溫時(shí)空氣濕絕熱直減率比低溫時(shí)小一些。v 由于 是氣壓和溫度的函數(shù)，所以 不是常數(shù)， 而是氣壓和溫度的函數(shù) ,下 表給出 在不同溫度和氣壓下的值 濕絕熱直減率（ ℃/100 m）v 由表可見(jiàn)， 隨溫度升高和氣壓減小而減小。v飽和濕空氣上升時(shí)，方程變形為v 簡(jiǎn)單討論v 上式 說(shuō) 明， 飽 和濕空氣上升 時(shí) ，溫度隨高度的 變 化是由兩種作用引起的：v 一種是由氣 壓變 化引起的，例如上升 時(shí) 氣 壓 減 小 ， ， 這 使得溫度降低；v 另一種作用是由水汽凝 結(jié)時(shí)釋 放潛 熱 引起的，上升 時(shí) 水汽凝結(jié) ， ，造成溫度升高。這是與干絕熱過(guò)程不同的?？梢杂胁煌瑪?shù)值，即可以大于、小于或者等于 。v干絕熱直減率v 氣塊絕熱上升單位距離時(shí)的溫度降低值，稱絕熱垂直減溫率，簡(jiǎn)稱絕熱直減率。但在較短的時(shí)間內(nèi)，空氣的非絕熱變化的影響常比空氣因升降運(yùn)動(dòng)引起的氣壓變化造成的影響要小得多，因此，大氣的垂直運(yùn)動(dòng)過(guò)程可近似看作是絕熱的 v 干絕熱方程v 對(duì)于干空氣和未飽和濕空氣，當(dāng)系統(tǒng)是絕熱變化時(shí) ，其狀態(tài)的變化即向外作功是要靠系統(tǒng)內(nèi)能轉(zhuǎn)化，溫度的改變完全由環(huán)境氣壓的改變決定：v 即：將氣體的壓力變化和溫度變化聯(lián)系起來(lái)v 在大氣中，氣壓變化主要由空氣塊的位移引起。在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中，空氣的狀態(tài)要發(fā)生改變。 因此對(duì)于空氣，熱力學(xué)第一定律可以寫(xiě)成v 對(duì)于理想氣體來(lái)說(shuō)，氣體的內(nèi)能就是其分子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能?？諝鈨?nèi)能的變化既可因其與外界的熱量交換而引起，也可因外界壓力變化對(duì)空氣作功而使空氣膨脹或壓縮引起。第四章 大氣的熱力學(xué)過(guò)程v 大氣垂直運(yùn)動(dòng)中的熱力學(xué)過(guò)程 v 大氣靜力穩(wěn)定度v 空氣溫度的局地變化 v 氣溫的時(shí)間變化第四章 大氣的熱力學(xué)過(guò)程v 大氣內(nèi)部始終存在著冷與暖、干與濕、高氣壓與低氣壓三對(duì)基本矛盾。v 空氣的冷熱程度是空氣內(nèi)能大小的表現(xiàn)。v 處于孤立系統(tǒng)中的理想氣體，如有 dQ熱量加到理想氣體中，該熱量的用途有兩個(gè)，即增加該系統(tǒng)的內(nèi)能（ dE） 以提高系統(tǒng)的溫度及對(duì)外作的功（ dW）。式中 dQ為單位質(zhì)量空氣由于輻射、湍流等引起的熱量變化； Cp是空氣的定壓比熱，對(duì)于單位質(zhì)量的干空氣，實(shí)測(cè) Cp ＝(gk)； R為比氣體常數(shù)，對(duì)干空氣來(lái)說(shuō)，比氣體常數(shù) R=Rd =(gk)v 由上式可以看出，空氣溫度的變化 dT， 不僅與空氣的熱量交換 dQ 有關(guān)，而且和本身的氣壓變化 dp 有關(guān)v 絕熱過(guò)程v 大氣中進(jìn)行的物理過(guò)程，通常伴有不同形式的能量轉(zhuǎn)換。v 一塊空氣在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，通常與其周?chē)袩崃拷粨Q，并不完全符合絕熱條件。例如初態(tài)為 P0=1000hPa,T0=273K， 就可以算出它下降到 1050hPa時(shí)，溫度將變?yōu)?； 當(dāng)上升到 900hPa時(shí)，溫度將變?yōu)?265K。 是干空氣在絕熱上升過(guò)程中氣塊本身的降溫率，它近似于常數(shù)；而 是表示周?chē)髿獾臏囟入S高度的分布情況。但是，水汽既已飽和了，就要因冷卻而發(fā)生凝結(jié)，同時(shí)釋放凝結(jié)潛熱，加熱氣塊。v應(yīng)用于飽和濕空氣的熱力學(xué)第一定律的形式v由于這個(gè)方程中只包含濕空氣的相變所產(chǎn)生的熱量，而沒(méi)有考慮其他的熱量，所以上式又稱為濕絕熱方程。v 濕絕熱直減率的表達(dá)式可寫(xiě)成v 當(dāng)飽和濕空氣上升時(shí)， ，則 ；v 下降時(shí)， ，則 ，所以 總小于 。v 這就是說(shuō)飽和空氣每上升同樣的高度，在溫度高時(shí)比溫度低時(shí)能釋放出更多的潛熱。干絕熱及濕絕熱線v 位溫v空氣塊在干絕熱過(guò)程中，其溫度是變化的，同一氣塊處于不同的氣壓時(shí)，其溫度值常常是不同的，這就給處在不同高度上的兩氣塊進(jìn)行熱狀態(tài)的比較帶來(lái)一定的困難。 以 ? 表示v 根據(jù)泊松方程，v 即可得到位溫的表達(dá)式v 下面對(duì)它作一些討論：v （ 1）位溫與熱力學(xué)第一定律：v 對(duì)位溫公式取對(duì)數(shù)微分：v 上式還可寫(xiě)成下面形式： v 對(duì)照熱力學(xué)第一定律 表達(dá)式，則用位溫表示的熱力學(xué)方程：v 由上式