第5章大气静力稳定度.ppt

（大气层结稳定度）;5.1 大气静力稳定度的判定法（气块法） 5.2 条件性不稳定 5.3 地整层气层升降时稳定度的变化 5.4 逆温层;大气层结：大气温度和湿度的垂直分布。 处于静力平衡状态的大气中，一些空气团块受到动力因子或热力因子的扰动，就会产生向上或向下的垂直运动。 这种偏离其平衡位置的垂直运动能否继续发展，是由大气层结即大气温度和湿度的垂直分布所决定的。 层结大气所具有的这种影响垂直运动的特性称为大气的静力稳定度，也称层结稳定度。 ;判断静力稳定度通常采用“气块法” 。 运用气块模型，令气块离开平衡位置作微小的虚拟位移，如果气块有回到原平衡位置的趋势，则这种大气层结是稳定的。 如果气块既不远离平衡位置也无返回原平衡位置的趋势，而是随遇平衡，就是中性的。 如果气块到达新位置后有继续移动的趋势，则此气层的大气层结是不稳定的，它表明稍有扰动就会导致垂直运动的发展。; 气块在受扰后，有一铅直虚位移，若气块到达新位置后有返回原来位置的趋势，则为稳定气层；; 气块在受扰后，有一铅直位移，若气块到达新位置后既无离开又无返回原来位置的趋势，则为中性气层；（随遇平衡）; 气块在受扰后，有一铅直虚位移，若气块到达新位置后有离开原来位置的趋势，则为不稳定气层；; 大气稳定度是表示大气层结对气块能否产生对流的一种潜在能力的量度。必须注意，它并不是表示气层中已经存在的铅直运动，而是用来描述大气层结对于气块在受外力扰动而产生垂直运动时，会起什么影响(加速、减速或等速)。这种影响只有当气块受到外界扰动后，才能表现出来。 ;1、静力稳定度是气块与气层互为作用的综合结论； 2、静力稳定度仅指气块处在该气层中，铅直运动发展的趋势与可能； 3、稳定气层中可以有对流运动，但不利于对流发展；不稳定气层中若无扰动，亦不可能发展对流，但利于对流发展。; 大气的垂直运动产生，主要决定于两个原因:一个是动力原因，一个是热力原因。; ;常用气块内外虚温差来讨论静力稳定度: 根据准静力条件和状态方程 1、当 时，则 。说明若气块比周围空气暖时，可获得向上的加速度。 2、当 时，则 。说明若气块比周围空气冷时，将获得向下的加速度。 3、若 时， 。说明气块与周围空气无温差时，气块的垂直加速度为零。;令? 和Γ分别表示气块和环境大气的垂直减温率。当气块从平衡位置作一微小位移dz后，其温度T就变成 则气块加速度 ： ;讨论 1、若 ，气块的加速度总是和dz的符号一致，有加速离开原平衡位置的倾向，则大气层结是不稳定层结。 ;讨论 若 ，加速度与dz的符号总是相反, 气块有回到原平衡位置的趋势，垂直运动受到限制而削弱，这种气层是稳定的。 若 ，垂直运动既不发展也不衰减，大气层结是中性的 ;归纳如下 : 这只是一般结论，大气分为未饱和饱和两种情况，因此，应该进一步讨论 ;①未饱和气块，垂直位移时按干绝热变化，垂直减温率 ??=? d 。 1、 Γ ? d 不稳定 2、 ? d =Γ 中性 3、 Γ ? d 稳定 ;γ;现举例说明：设有A、B、C 三团空气，均未饱和，其位置都在离地200m的高度上，在作升降运动时其温度均按干绝热直减率变化，即1℃/100m。而周围空气的温度直减率γ分别为0.8℃/100m、1℃/100m 和1.2℃/100m，则可以有三种不同的稳定度（图2·25）： ;;; 图上干绝热线(? d )和假绝热线(? s ) 又是等位温线和假相当位温线，因此也有如下判据： ;;讨论条件性不稳定厚气层或自地面以上对流层整层大气是否稳定时，由于大气温度的垂直分布很复杂，Γ值不是常数，虽可分别判断不同高度气层的稳定度，却难以判断整个气层的稳定度状况。 可以用大气不稳的能量来判断整层大气的稳定状况 ;设有条件性不稳定厚气层 ，在气层的底部任取一空气块 ，气块上升的加速度应是： 考虑净浮力做功以及气块动能变化;利用dz=w dt ，由z0到z积分 ： 右边：净浮力将单位质量空气从z0移到z所作的功。 左边：转化成气块的动能增量，以?Ek表示 若气块温度高于环境温度，则净浮力为正，气块的垂直运动动能不断增加；反之，净浮力为负，气块的动能将减小。 由于气块上升时的温度变化是确定的，因此浮力的正负取决于厚气层的温度层结。 ;气块在垂直运动中动能的增量?Ek，可以认为是由气层中所储存的一部分能量转化而来，这部分可以转化的能量一般称为气层的不稳定能量，它的大小和正负是大气层结是否稳定的标志。 ?Ek的大小