【正文】 下面分兩種情況進(jìn)行討論，并假設(shè)：①氣層在升降過(guò)程中是絕熱的，總質(zhì)量也保持不變；②氣層內(nèi)部不發(fā)生湍流混合，也不發(fā)生翻滾現(xiàn)象，因此氣層內(nèi)部的相對(duì)位置不變 (1)氣層升降過(guò)程中始終為未飽和狀態(tài) 設(shè)某氣層從氣壓 p1(高度 z1)垂直下降至氣壓 p2(高度 z2) 222111 ZAZA ??? ??質(zhì)量守恒 代入狀態(tài)方程得 )( ???? ???? dTz21112221TAPTAPzz ??? )( ???? ???? dTz)()( 222111 ???? ?????dd TzTz由 () 得 因此 )()(122121?????????ddTTzz即 112212ApApdd ???????上式改寫為 ???????? ???????112211112212 1)()( APAPAPAPddd ??????????????? ???????221122221121 1)()( ApApApApddd ???????此為下沉?xí)r氣溫遞減率的變化 氣層上升時(shí)氣溫遞減率的變化 統(tǒng)一形式 ????????????0000 1)( AppAd ????下標(biāo) 0為初始狀態(tài) ,無(wú)下標(biāo)為運(yùn)動(dòng)后狀態(tài) ????????????0000 1)( AppAd ????? 上升運(yùn)動(dòng) pA＜ p0A0 (1) γ0＜ γd,即原氣層為穩(wěn)定層結(jié) ,則 γγ0,氣層穩(wěn)定度減小 (2) γ0γd,即原氣層為不穩(wěn)定層結(jié) ,則 γγ0,氣層不穩(wěn)定度減小 (3) γ0=γd,即原氣層為中性層結(jié) ,則 γ=γ0,中性不變 ????????????0000 。 ? 例如，氣層 (團(tuán) )迂到大尺度山地或鋒面時(shí)會(huì)被迫抬升；在大尺度高壓系統(tǒng)內(nèi)有氣層的下沉輻散，在發(fā)展的氣旋 (低壓 )中有較強(qiáng)的輻合上升運(yùn)動(dòng)。 ? 如果在大氣低層出現(xiàn)暖 (濕 )平流，高層有冷 (干 )平流 ,則未來(lái)的不穩(wěn)定度將大大增加，在適當(dāng)?shù)耐饬_擊下，常常造成嚴(yán)重的雷雨、冰雹、暴雨等強(qiáng)對(duì)流天氣。因?yàn)榭諝膺\(yùn)動(dòng)能使氣溫遞減率 γ發(fā)生改變。 由穩(wěn)定度判據(jù)可知，大氣穩(wěn)定度取決于 γγd或 (和 )γγm，因此穩(wěn)定度將取決于環(huán)境大氣溫度遞減率 γ。 ? 必須指出，以上只是根據(jù)早晨的層結(jié)曲線對(duì)局地?zé)釋?duì)流積云的預(yù)測(cè)，而且還假設(shè)空氣濕度不變。 ? 確定 Tg的方法為：求出通過(guò)地面露點(diǎn)溫度的等飽與比濕線和溫度層結(jié)曲線的交點(diǎn) H，則過(guò) H點(diǎn)的干絕熱線與 po等壓線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度即為 Tg ? 如果預(yù)報(bào)的地面最高氣溫 Tmax大于 Tg，而且 H點(diǎn)以上是正不穩(wěn)定能量面積，則可預(yù)報(bào)有熱對(duì)流云發(fā)生和發(fā)展的可能。 ? Tg稱為對(duì)流溫度，可以看成是發(fā)展熱對(duì)流的一個(gè)地面臨界溫度。H點(diǎn)稱為對(duì)流凝結(jié)高度 ，它既具有凝結(jié)高度的性質(zhì)，又具有自由對(duì)流高度的作用。 ? 鋒面抬升、氣流流經(jīng)起伏地形和流場(chǎng)的水平輻合等是產(chǎn)生對(duì)流的動(dòng)力因子； ? ? 夏季午后經(jīng)常會(huì)由于地面受熱不均而產(chǎn)生熱對(duì)流云，甚至發(fā)展成熱雷雨 ? 利用絕熱圖和溫、濕探空資料，根據(jù)當(dāng)天最高氣溫Tmax的預(yù)報(bào)可粗略地估計(jì)對(duì)流云的生成時(shí)間、云高 層結(jié)曲線 狀態(tài)曲線 自由對(duì)流高度 凝結(jié)高度 日出后，地面以及近地層空氣逐漸增溫 (由 To增至T T …Tg) ，并使近地層氣溫遞減率趨于 γd。外力愈大，愈有利于對(duì)流的產(chǎn)生和發(fā)展。低層空氣濕度愈大，凝結(jié)高度愈低，愈有利于對(duì)流發(fā)展。氣層愈不穩(wěn)定，或正不穩(wěn)定能量面積愈大，愈有利于對(duì)流發(fā)展。 ? 可見，低層濕度越大，越有利于對(duì)流的發(fā)展。它的存在和維持，對(duì)不穩(wěn)定能量的積聚有重 要作用。它與行星邊界層內(nèi)長(zhǎng)波輻射造成的逆溫層不 同，沒有明顯日變化。 （ 如圖 7） 下方負(fù)不穩(wěn)定能量稱為對(duì)流抑制能量（ CIN） （ Convective Inhibition,簡(jiǎn)稱 CIN） CIN的物理意義 ?處于大氣底部的氣塊，若要能自由地參與對(duì)流，至少要從其它途徑獲得的能量下限。） ?se0 H（對(duì)流凝結(jié)高度） 圖 9 熱力對(duì)流的預(yù)報(bào)分析 特征： 熱力對(duì)流云底： H（ 對(duì)流凝結(jié)高度 ， 地面等比濕線與層結(jié)曲線的交點(diǎn) ） ； 熱力對(duì)流云頂： E’（ 過(guò) H點(diǎn)的濕絕熱線與層結(jié)曲線的交點(diǎn) ） 熱力對(duì)流發(fā)展的條件：地面 Tmax=Tg，且有擾動(dòng) 。 T ln(p00/p) p0 T0 T1 P(H) P（ E） Hc B E 自由對(duì)流高度 對(duì)流上限 Td0 q0 ?seH ?0 ?1 ?H P(Hc) Tg E39。 假定從 08： 00到午后 ， 地面 q不變 。 如圖 8 圖 8 動(dòng)力對(duì)流 T ln(P00/p) p0 T0 p1 p2 p3 p4 Hc C E 自由對(duì)流高度 對(duì)流上限 q0 Td0 熱力對(duì)流 由熱力原因 （ 地表局部升溫 ） 造成的對(duì)流 。 特征： 動(dòng)力對(duì)流云底： HC；云頂： E。 對(duì)流 發(fā)展對(duì)流的基本條件 (1)正的不穩(wěn)定能量大； (2)有充沛的水汽； (3)有足夠的對(duì)流沖擊力 。 狀態(tài)曲線與層結(jié)曲線在起始高度以上出現(xiàn)幾個(gè)交點(diǎn)，氣層既有正不穩(wěn)定能量，又有負(fù)不穩(wěn)定能量。 2 利用 Tlnp分析氣層的不穩(wěn)定能量 )()ln()ln()ln( 210 00 SSRpT e dpTdRpTdRTe TeTW pp pp ddpp d ????????? ? ??)()ln()ln()ln( 210 00SSRpT e dpTdRpTdRTeTeTW pppp ddpp d????????? ? ??)()ln()ln()ln( 210 00SSRpT e dpTdRpTdRTe TeTW pppp ddpp d????????? ? ??式中 S1為 Tlnp圖上狀態(tài)曲線與縱軸和 po、 p等壓線所包圍的面積， S2為層結(jié)曲線與縱軸和 po、 p等壓線所包圍之面積 ,(S1S2)為等壓線 po、 p與狀態(tài)曲線和層結(jié)曲線所圍的面積。 1 ?不穩(wěn)定能量是氣層中可能供給單位質(zhì)量氣塊上升運(yùn)動(dòng)的能量，它用單位質(zhì)量上升氣塊受到重力和浮力的合力 (凈舉力 )所作的功來(lái)度量。當(dāng)氣層比較厚，或者要考慮自地面以上整層大氣的穩(wěn)定度時(shí)，由于大氣溫度的垂直分布隨高度而變， γ不是常數(shù)，使上述判據(jù)受到限制。 ? 氣塊垂直加速度 ???? ??? egfdtdW? 利用狀態(tài)方程以及準(zhǔn)靜力條件 p=pe ? dw/dt=g*(TTe)/Te ? TRpd??edee TRp??eTTeTgdtdW ??dzTT d??? 0dzTT e ??? 0 ? γ ＞ γd γ=γd 中 γ ＜ γd 穩(wěn) 定 gdzTdtdWed?? ??H T 0 γd γ 圖 2 未飽和氣層靜力穩(wěn)定度的判據(jù)示意圖 (1)不穩(wěn)定 H T 0 ?d H T 0 γd =γ (3)不穩(wěn)定 (2)中性平衡 ? 2 飽和濕空氣的穩(wěn)定度判據(jù) ? 飽和濕空氣絕熱上升時(shí)，其溫度隨高度的變化率由濕絕熱遞減率 γm決定，因此只要將 式中的 γd換成 γm ? γ＞ γm ? =γm ? ＜ γm 穩(wěn)定 gdzTdtdWed?? ?? θ和 θse的垂直分布判斷大氣穩(wěn)定度 ? 由位溫定義 得 ? 由 p=pe ? 得 ?? )1000( pT?eTTeTgdtdW ???? )1000(pT ?dzzgddzzgdzzdggdtdWeeeeee??????????????????????????????)()]()[(00? ? ＜ 0， 不穩(wěn)定 ? ＞ 0， 穩(wěn)定 ? =0， 中性 z???z???z???z????對(duì)于飽和濕空氣 dzTCp d rsLvzTCp d rsLvdd )()( ??????????? ??? dzzse segdzTCpd rsLvzzgdtdw ??????????????????????? )(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)。 0,0,*????????????HqHTgHp??pp ?設(shè)此氣塊受外力作用產(chǎn)生一個(gè)鉛直位移 dz到達(dá)高度 z時(shí)，若除去外力，看它是否能繼續(xù)上升，只要判斷其是否有加速度 dw/dt?方向如何 ? 1 干空氣和未飽和濕空氣的穩(wěn)定度判據(jù) ? 氣塊在垂直方向上受兩個(gè)力的作用：一個(gè)是重力 ρg,垂直指向下；另一個(gè)是阿基米德浮 力 ρeg，垂直指向上。 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)。這種影響只有當(dāng)氣塊受到外界擾動(dòng)后，才能表現(xiàn)出來(lái)。 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。 大氣靜力穩(wěn)定度的概念 大氣穩(wěn)定度有靜力穩(wěn)定度和動(dòng)力穩(wěn)定度之分。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)。 1. 已知某地某時(shí)的探空部分記錄如下表 根據(jù)該記錄，利用 Tlnp 圖完成下列各問（結(jié)果保留一位小數(shù)）： P（ hPa） 1000 920 850 800 700 T（ ℃ ） 19 22 15 12 5 Td（ ℃ ） 18 16 15 12 5 課堂練習(xí) 求 920hPa