【正文】 成局地性的雷雨天氣。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) ，大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)。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圍空氣都具有相同的溫度，因而有相同的輕重。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圍空氣溫度高，即 ，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。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。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)（ 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)。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。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)。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。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。可以有不同數(shù)值，即可以大于、小于或者等于 。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。 因此對(duì)于空氣，熱力學(xué)第一定律可以寫成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。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 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）。v 一塊空氣在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，通常與其周圍有熱量交換，并不完全符合絕熱條件。 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 是表示周圍大氣的溫度隨高度的分布情況。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，而沒有考慮其他的熱量，所以上式又稱為濕絕熱方程。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。 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 由上式可以得出結(jié)論：空氣塊收入熱量時(shí)位溫增加；放出熱量時(shí)位溫降低；干絕熱過(guò)程位溫保持不變。為此，需根據(jù)濕絕熱過(guò)程的特點(diǎn)另找特征量。當(dāng)氣塊內(nèi)氣汽全部凝結(jié)降落后，再令其沿干絕熱線下沉到 1000hPa， 此時(shí)氣塊的溫度就是假相當(dāng)位溫。相當(dāng)位溫的這種分布表明此處大氣有利于垂直運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，局地的對(duì)流可能達(dá)到對(duì)流層頂。v 潮濕的氣流經(jīng)過(guò)山脈時(shí)被強(qiáng)迫抬升，達(dá)到凝結(jié)高度后水汽就凝結(jié)而形成云。 v 據(jù)研究，大興安嶺東部陡坡上有強(qiáng)下坡風(fēng)，氣流的絕熱下沉增溫是焚風(fēng)產(chǎn)生的主要原因。v 空氣密度和溫度高低以及所含的水汽多少有關(guān)，因此常用氣塊內(nèi)外虛溫差來(lái)討論靜力穩(wěn)定度。反之，這團(tuán)空氣變得比周圍空氣暖一些，因而輕一些，那么，這一氣層是不穩(wěn)定的。 而周圍空氣的溫度直減率分別為 ℃/100 m、 1℃/100m 和 ℃/100 m， 則可以有三種不同的穩(wěn)定度，如圖所示 某空氣團(tuán)未飽和時(shí)大氣的穩(wěn)定度 vA團(tuán)空氣受到外力作用以后，如果上升到 300m高度，則本身的溫度（ 11℃ ）低于周圍空氣的溫度（ ℃），它向上的速度就要降低，并有返回原來(lái)高度的趨勢(shì)（虛矢線所示）；如果它下降到 100m的高度，其本身溫度（ 13℃ ）高于周圍的溫度（ ℃ ），它向下的速度就要減緩，也有返回原來(lái)高度的趨勢(shì)。v 得v 結(jié)論：v 當(dāng) 時(shí)，層結(jié)穩(wěn)定；v 當(dāng) 時(shí)，層結(jié)不穩(wěn)定；v 當(dāng) 時(shí)，層結(jié)中性v 綜上所述可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論： v ① 愈大，大氣愈不穩(wěn)定； 愈小，大氣愈穩(wěn)定。v“ 條件性不穩(wěn)定 ” 是指，大氣層結(jié)對(duì)飽和氣塊是不穩(wěn)定的，而對(duì)未飽和氣塊是穩(wěn)定的。白天由于地表吸收太陽(yáng)輻射而迅速增溫，導(dǎo)致低層大氣溫度升高；v 夜晚由于地面長(zhǎng)波輻射降溫使近地氣層形成逆溫層。v 空氣上升到混合層上部時(shí)，它的溫度比周圍的空氣溫度低，混合的結(jié)果，使上層空氣降溫。因?yàn)榧仁瞧搅?，就具有一定的風(fēng)速，這就產(chǎn)生了空氣的湍流，較強(qiáng)的湍流作用常使平流逆溫的近地面部分遭到破壞，使逆溫層不能與地面相聯(lián)，而且湍流的垂直混合作用使逆溫層底部氣溫降得理會(huì)低，逆溫也愈加明顯。v 由于下沉的空氣層常來(lái)自高空，水汽含量本來(lái)就不多，加上在下沉以后溫度升高，相對(duì)濕度顯著減小，空氣顯得很干燥，不利于云的形成，原來(lái)有云也會(huì)趨于消散，因此在有下沉逆溫的時(shí)候，天氣總是晴好的。因?yàn)閭€(gè)別空氣質(zhì)點(diǎn)在大氣中不斷地改變位置，所以個(gè)別空氣質(zhì)點(diǎn)溫度的變化不容易直接觀測(cè)。v例如，當(dāng)冷空氣南下時(shí)南部地表面溫度較高，下墊面將把熱量傳遞給冷空氣，這種作用將使氣溫升高。 是水平溫度梯度，為垂直于等溫線的單位距離內(nèi)的溫度差值，并由低溫指向高溫。在一般情況下， ，因而 。空氣與地面之間，空氣團(tuán)與空氣團(tuán)之間，當(dāng)有溫度差異時(shí)，就會(huì)以傳導(dǎo)方式交換熱量。這是對(duì)流層中熱量交換的重要方式。夏季晴日干燥地區(qū)近地層的湍流活動(dòng)強(qiáng)。v 以上分別討論了空氣與外界交換熱量的方式，事實(shí)上，同一時(shí)間對(duì)同一團(tuán)空氣而言，溫度的變化常常是幾種作用共同引起的。在分析高層大氣溫度的局地變化時(shí)，除有凝結(jié)現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，非絕熱因子通常起的作用比較小。這種周期性的變化又造成氣溫在一日中有升有降的循環(huán)v 1）日變化：近地層氣溫日變化的特征是：在一日內(nèi)有一個(gè)最高值，一般出現(xiàn)在 14時(shí)左右；一個(gè)最低值，一般出現(xiàn)在日出前后上海 7月份氣溫日變化的平均情況v一天中正午太陽(yáng)輻射最強(qiáng)，但最高氣溫卻出現(xiàn)在午后兩點(diǎn)鐘左右，這是因?yàn)榇髿獾臒崃恐饕獊?lái)源于地面。v 到午后一定時(shí)間，地面得到的熱量因太陽(yáng)輻射的進(jìn)一步減弱而少于失去的熱量，這時(shí)地溫開始下降。由于赤道地區(qū)降水多，因此地球上實(shí)際氣溫日較差最大的地區(qū)在副熱帶，向兩極減小。夜間冷空氣沿坡地下滑聚集在谷地，同時(shí)由于輻射冷卻強(qiáng)烈，溫度很低，因此日較差較大。由于地面儲(chǔ)存熱量的原因，使氣溫最高值和最低值出現(xiàn)的時(shí)間不是在太陽(yáng)輻射最強(qiáng)和最弱的一天（北半球冬至和夏至），也不是太陽(yáng)輻射最強(qiáng)和最弱一天所在的月份（北半球 6月和 12月），而是比這一時(shí)段要落后 1~2個(gè)月。隨著緯度的升高，不同季節(jié)正午太陽(yáng)高度角變化增大，全年晝夜長(zhǎng)度的差別顯著，因此兩極，氣溫年較差最大。例如印度夏季同風(fēng)帶來(lái)雨季，因此雨季之前的 5月份月均溫最高