【正文】 示。v 大氣中的水汽凝結(jié)時，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。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(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 （ 2）位溫垂直分布與大氣垂直減溫率 v 對位溫公式取對數(shù)，再對高度求偏導(dǎo)數(shù)，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(biāo)準(zhǔn)氣壓一般為1000hPa。為此定義了位溫。v到高層水汽凝結(jié)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(jié)；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(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， 隨溫度升高和氣壓減小而減小。有水汽凝 結(jié)時 ，空氣上升所引起的降溫比沒有水汽凝 結(jié)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(jié)時釋 放潛 熱 引起的，上升 時 水汽凝結(jié) ， ，造成溫度升高。上式右邊的負(fù)號表示當(dāng)有水汽凝結(jié)時得到熱量，因?yàn)檫@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(yīng)每上升 100m降溫 1℃?？梢杂胁煌瑪?shù)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(nèi)，空氣的非絕熱變化的影響常比空氣因升降運(yùn)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(yùn)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(dāng)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(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(nèi)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(zhuǎn)換過程中，空氣的狀態(tài)要發(fā)生改變。當(dāng)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(xué)方程 可寫成：v 將狀態(tài)方程 進(jìn)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(xué)中熱力學(xué)第一定律的常用形式。 因此對于空氣，熱力學(xué)第一定律可以寫成v 對于理想氣體來說，氣體的內(nèi)能就是其分子運(yùn)動的動能。 大氣垂直運(yùn)動中的熱力學(xué)過程v 大氣的垂直運(yùn)動、水汽的蒸發(fā)、凝結(jié)以及云霧降水等天氣現(xiàn)象的形成有非常密切的關(guān)系，v 這是因?yàn)榭諝庠诖怪边\(yùn)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(xué)第一定律是能量守恒定律在理想氣體中的應(yīng)用?？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(xué)過程v 大氣垂直運(yùn)動中的熱力學(xué)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(xué)過程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基本矛盾。其中冷與暖所表現(xiàn)的地球及大氣的熱狀況、溫度的分布和變化，制約著大氣運(yùn)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(nèi)能大小的表現(xiàn)。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(nèi)能（ dE） 以提高系統(tǒng)的溫度及對外作的功（ dW）。對單位質(zhì)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(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，對于單位質(zhì)量的干空氣，實(shí)測 Cp ＝(gk)； R為比氣體常數(shù)，對干空氣來說，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 絕熱過程v 大氣中進(jìn)行的物理過程，通常伴有不同形式的能量轉(zhuǎn)換。v 在氣象學(xué)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(yùn)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(dāng)空氣質(zhì)點(diǎn)上升時，壓力減小， ，這時 ，因而溫度降低；當(dāng)空氣質(zhì)點(diǎn)下沉?xí)r，壓力增加，這時，因而溫度升高 v 對上式在（ ）及（ ）的范圍內(nèi)積分v 因?yàn)関 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(dāng)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(dāng)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(shè)大氣處于流體靜力平衡狀態(tài)，由準(zhǔn)靜力條件將氣塊內(nèi)外氣壓相聯(lián)系：v 于是v 實(shí)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(shù)；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(jié)，同時釋放凝結(jié)潛熱，加熱氣塊。設(shè)單位質(zhì)量飽和濕空氣中含有水汽 qs(g)， 絕熱上升，凝結(jié)了 dqs(g)水汽，所釋放出的潛熱為v 式中 L表示水汽的凝結(jié)潛熱。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。因此，凝 結(jié) 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(dá)式可寫成v 當(dāng)飽和濕空氣上升時， ，則 ；v 下降時， ，則 ，所以 總小于 。v 這是因?yàn)闅鉁馗邥r，飽和