【正文】 示。v 大氣中的水汽凝結時，一般是一部分凝結物脫離氣塊而降落，另一部分隨氣塊而運動。v 在濕絕熱過程中由于有潛熱的釋放或消耗，位溫是變化的。在對流層內，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 （ 2）位溫垂直分布與大氣垂直減溫率 v 對位溫公式取對數，再對高度求偏導數，有 v 可以得到 ：v 或 v 位溫的垂直變化率是和 (?d ??)成正比的。v 位溫在干絕熱過程中保持不變，稱為在干絕熱過程中具有保守性。標準氣壓一般為1000hPa。為此定義了位溫。v到高層水汽凝結愈來愈多，空氣中的水汽含量便愈來愈少， 愈來愈和 值相近，使干、濕絕熱線近于平行。v 因此，在氣壓一定的條件下，高溫時空氣濕絕熱直減率比低溫時小一些。例如，溫度從 20℃降低到 19℃ 時，每立方米的飽和空氣中有 1g的水汽凝結；而溫度從 0℃ 降到 1℃ 時，每立方米的飽和空氣中只有 。v 由于 是氣壓和溫度的函數，所以 不是常數， 而是氣壓和溫度的函數 ,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， 隨溫度升高和氣壓減小而減小。有水汽凝 結時 ，空氣上升所引起的降溫比沒有水汽凝 結時 要 緩 慢v 濕絕熱直減率v 飽和濕空氣絕熱上升的減溫率，稱為濕絕熱直減率，以 表示。v飽和濕空氣上升時，方程變形為v 簡單討論v 上式 說 明， 飽 和濕空氣上升 時 ，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 氣 壓 減 小 ， ， 這 使得溫度降低；v 另一種作用是由水汽凝 結時釋 放潛 熱 引起的，上升 時 水汽凝結 ， ，造成溫度升高。上式右邊的負號表示當有水汽凝結時得到熱量，因為這時水汽減少 ,即： ； 。這是與干絕熱過程不同的。v 飽和濕空氣絕熱上升時，如果只是膨脹降溫，亦應每上升 100m降溫 1℃。可以有不同數值，即可以大于、小于或者等于 。v 必須注意： 與 （氣溫直減率）的含義是完全不同的。v干絕熱直減率v 氣塊絕熱上升單位距離時的溫度降低值，稱絕熱垂直減溫率，簡稱絕熱直減率。v 利用干絕熱方程，可以了解氣塊在上升和下降過程中狀態(tài)的改變情況。但在較短的時間內，空氣的非絕熱變化的影響常比空氣因升降運動引起的氣壓變化造成的影響要小得多，因此，大氣的垂直運動過程可近似看作是絕熱的 v 干絕熱方程v 對于干空氣和未飽和濕空氣，當系統(tǒng)是絕熱變化時 ，其狀態(tài)的變化即向外作功是要靠系統(tǒng)內能轉化，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系起來v 在大氣中，氣壓變化主要由空氣塊的位移引起。將升、降的氣塊內部既沒有發(fā)生水相變化，又沒有與外界交換熱量的過程，稱作 干絕熱過程 。在能量轉換過程中，空氣的狀態(tài)要發(fā)生改變。當氣溫變化 dT 時，其值為： v 如果以 p 表示壓力， V 表示氣體比容，在定壓狀況下氣體膨脹時所作的功為：v 熱力學方程 可寫成：v 將狀態(tài)方程 進行微分，則有v 代入消去 ，并用 表示氣體的定壓比熱，得 v 這是氣象學中熱力學第一定律的常用形式。 因此對于空氣，熱力學第一定律可以寫成v 對于理想氣體來說，氣體的內能就是其分子運動的動能。 大氣垂直運動中的熱力學過程v 大氣的垂直運動、水汽的蒸發(fā)、凝結以及云霧降水等天氣現象的形成有非常密切的關系，v 這是因為空氣在垂直運動過程中，溫度要發(fā)生變化，從而影響空氣的飽和程度v 熱力學第一定律是能量守恒定律在理想氣體中的應用?？諝鈨饶艿淖兓瓤梢蚱渑c外界的熱量交換而引起，也可因外界壓力變化對空氣作功而使空氣膨脹或壓縮引起。溫度是天氣變化的基本因素之一，也是氣候系統(tǒng)狀態(tài)的一個主要因子。第四章 大氣的熱力學過程v 大氣垂直運動中的熱力學過程 v 大氣靜力穩(wěn)定度v 空氣溫度的局地變化 v 氣溫的時間變化第四章 大氣的熱力學過程v 大氣內部始終存在著冷與暖、干與濕、高氣壓與低氣壓三對基本矛盾。其中冷與暖所表現的地球及大氣的熱狀況、溫度的分布和變化，制約著大氣運動狀態(tài)，影響著云和降水的形成。v 空氣的冷熱程度是空氣內能大小的表現。在前一種情況下，空氣與外界有熱量交換，稱為氣溫的非絕熱變化；后一種情況，空氣和外界沒有熱量交換，稱為氣溫的絕熱變化。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，即增加該系統(tǒng)的內能（ dE） 以提高系統(tǒng)的溫度及對外作的功（ dW）。對單位質量的氣體而言，它等于 （ T為氣體溫度， Cv為定容比熱）。式中 dQ為單位質量空氣由于輻射、湍流等引起的熱量變化； Cp是空氣的定壓比熱，對于單位質量的干空氣，實測 Cp ＝(gk)； R為比氣體常數，對干空氣來說，比氣體常數 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，而且和本身的氣壓變化 dp 有關v 絕熱過程v 大氣中進行的物理過程，通常伴有不同形式的能量轉換。v 在氣象學上，任一氣塊與外界之間無熱量交換，即 時的狀態(tài)變化過程，叫做 絕熱過程 。v 一塊空氣在運動過程中，通常與其周圍有熱量交換，并不完全符合絕熱條件。v 在絕熱條件下，當空氣質點上升時，壓力減小， ，這時 ，因而溫度降低；當空氣質點下沉時，壓力增加，這時，因而溫度升高 v 對上式在（ ）及（ ）的范圍內積分v 因為v 則v 上式是干絕熱方程，亦稱泊松（ Poisson） 方程 v 泊松（ Poisson） 方程 v 從方程中可以看出，在干絕熱過程中，氣塊溫度的變化唯一地決定于氣壓的變化，當氣壓降低時，溫度也下降，反之亦然。例如初態(tài)為 P0=1000hPa,T0=273K， 就可以算出它下降到 1050hPa時，溫度將變?yōu)?； 當上升到 900hPa時，溫度將變?yōu)?265K。v 對于干空氣和未飽和的濕空氣來說，則稱干絕熱直減率，以 表示，即v 假設大氣處于流體靜力平衡狀態(tài)，由準靜力條件將氣塊內外氣壓相聯系：v 于是v 實際工作中取 ，這就是說，在干絕熱過程中，氣塊每上升 100m， 溫度約下降 1℃ 。 是干空氣在絕熱上升過程中氣塊本身的降溫率，它近似于常數；而 是表示周圍大氣的溫度隨高度的分布情況。v 如果氣塊的起始溫度為 ，干絕熱上升 高度后，其溫度 為： v 濕空氣的絕熱方程v 飽和濕空氣的上升過程中，與外界沒有熱量交換，該過程稱為濕絕熱過程。但是，水汽既已飽和了，就要因冷卻而發(fā)生凝結，同時釋放凝結潛熱，加熱氣塊。設單位質量飽和濕空氣中含有水汽 qs(g)， 絕熱上升，凝結了 dqs(g)水汽，所釋放出的潛熱為v 式中 L表示水汽的凝結潛熱。v應用于飽和濕空氣的熱力學第一定律的形式v由于這個方程中只包含濕空氣的相變所產生的熱量，而沒有考慮其他的熱量，所以上式又稱為濕絕熱方程。因此，凝 結 作用可抵消一部分由于氣 壓 降低而引起的溫度降低。v 濕絕熱直減率的表達式可寫成v 當飽和濕空氣上升時， ，則 ；v 下降時， ，則 ，所以 總小于 。v 這是因為氣溫高時，飽和