第四節(jié) 空氣絕熱變化和大氣穩(wěn)定度

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1、第四節(jié)空氣的絕熱變化和大氣穩(wěn)定度一、空氣的絕熱變化幾個基本概念（一）氣塊在大氣中取一個體積微小的空氣微團(tuán)，稱為氣塊。（二）絕熱氣塊在絕熱運(yùn)動中與外界不發(fā)生熱量交換，也就是既無熱量輸入，也無熱量輸出，則稱氣塊運(yùn)動是絕熱的。（三）絕熱冷卻氣塊因絕熱上升而降溫的現(xiàn)象稱為絕熱冷卻。在絕熱條件下，上升的氣塊因外界氣壓減低，體積膨脹，此時氣塊對外作功所消耗的能量以氣塊內(nèi)能減少來補(bǔ)償，從而使氣塊溫度降低。（四）絕熱增溫氣塊因絕熱下降而增溫的現(xiàn)象稱為絕熱增溫。當(dāng)氣塊作絕熱下降運(yùn)動時，由于外界氣壓增大，氣塊體積被壓縮，外界空氣對氣塊作功，從而使氣塊內(nèi)能增加溫度

2、升高。（五）絕熱變化和絕熱過程氣塊在鉛直運(yùn)動中所發(fā)生的絕熱冷卻和絕熱增溫的變化稱為空氣的絕熱變化，這個變化過程稱為絕熱過程。實際上，氣塊在作鉛直運(yùn)動時都不是絕熱的，但是在短時間內(nèi)，鉛直運(yùn)動的氣塊與外界空氣間的熱量交換遠(yuǎn)小于氣塊內(nèi)能的變化，所以可近似看成是絕熱的。二、干絕熱直減率（一）干絕熱過程一團(tuán)干空氣或未飽和的濕空氣在作絕熱上升或下降運(yùn)動時，氣塊內(nèi)部既沒有發(fā)生水的相變，又沒有與外界交換熱量的過程。據(jù)計算，氣塊在干絕熱過程中，每上升或下降100m，氣塊溫度降低或升高0.98℃，可近似的作為1℃/100m。（二）干絕熱直減率一團(tuán)干空氣或未飽和的

3、濕空氣在絕熱升降運(yùn)動中，氣塊溫度隨高度的變化率稱為干絕熱直減率。用rd表示。由此可見，干絕熱過程是一種可逆的絕熱過程。三、濕絕熱直減率（一）濕絕熱過程始終保持飽和狀態(tài)的濕空氣，在作絕熱升降運(yùn)動時。既有內(nèi)能的變化，也有水相變化過程。（二）濕絕熱直減率始終保持飽和狀態(tài)的濕空氣，在作絕熱升降運(yùn)動中，氣塊的溫度變化率，稱為濕絕熱直減率。以rm表示。（三）為什么rm始終小于rd？濕絕熱過程中，氣塊作絕熱上升時，一方面因絕熱膨脹氣塊對外作功消耗內(nèi)，使溫度降低；同時又因絕熱冷卻作用，使氣塊中部分水汽凝結(jié)放出潛熱，對氣塊有升溫作用，緩和了氣塊上升的絕熱冷卻作

4、用。氣塊下降絕熱增溫時，氣塊中攜帶的水滴蒸發(fā)。維持了氣塊的飽和狀態(tài)，由于蒸發(fā)消耗熱量，氣塊下降時的增溫也比干絕熱時為少。因此，總是rm總是小于rd。平均而言，rm＝0.5℃/100m。但實際上rm是一個變量，隨溫度和氣壓而變化（表3）。表3不同氣壓和溫度時的濕絕熱直減率（rm）P（hpa）溫度（℃）-30-20-10010203010000.930.800.760.630.540.440.367000.910.810.690.560.470.380.325000.800.760.620.480.410.330.29rm隨溫度升高而降低；隨氣壓

5、降低而減小。溫度較高時的rm值比溫度較低時為小，這是因為溫度較高時，飽和濕空氣中所含水汽量比溫度低時多，在絕熱上升發(fā)生凝結(jié)時所釋放潛熱多。隨著氣壓降低，rm也會減小。這是因為氣壓降低，空氣密度減小，容積熱容量也減小，由釋放相等的潛熱供給氣塊時，氣壓較低的空氣由于潛熱而增高的溫度比氣壓較高時的空氣為高。但是由于氣溫對rm的影響大于氣壓的影響，所以，隨高度的增加，rm值是逐漸增大的。在濕絕熱過程中，氣塊中的水汽凝結(jié)后，可能有兩種情況：一種是水汽凝結(jié)物仍留在氣塊內(nèi)，隨同氣塊作升降運(yùn)動。另一種是水汽凝結(jié)物的全部或一部分以降水方式脫離氣塊。（四）可逆濕

6、絕熱過程水汽凝結(jié)物仍留在氣塊內(nèi)，這時不論氣塊上升或下降，溫度都按濕絕熱直減率而變化。這是與干絕熱過程一樣的可逆過程。這種極端情況相當(dāng)于只有云而無降水。（五）假絕熱過程水汽凝結(jié)物的全部或一部分以降水方式脫離氣塊，此后氣塊下降時已不再是飽和濕空氣，于是氣塊就按干絕熱變化，這是一種不可逆過程。它意味著氣塊因凝結(jié)物的脫離而與外界有熱量交換，這種情況稱為假絕熱過程。如果凝結(jié)物的全部以降水方式脫離氣塊，這種極端情況相當(dāng)于全是降水而沒有云。通常，近地面的氣塊上升時，開始溫度沿干絕熱直減率下降，到某一高度，因絕熱冷卻使其中水汽達(dá)飽和，成為飽和濕空氣，再繼續(xù)上

7、升，其溫度按濕絕熱直減率下降。隨之其中水汽凝結(jié)物以降水方式脫離氣塊，氣塊再下降時則沿干絕熱直減率下沉增溫，空氣由飽和變?yōu)椴伙柡蜖顟B(tài)，這時每下降100m，溫度升高1℃。二、大氣穩(wěn)定度（一）基本概念1、大氣穩(wěn)定度指氣層穩(wěn)定的程度。它與氣層中溫度隨高度的分布，即大氣的溫度層結(jié)有密切的關(guān)系，是空氣鉛直運(yùn)動或?qū)α魇欠癜l(fā)展的內(nèi)因和判據(jù)，并和許多天氣現(xiàn)象的發(fā)生有關(guān)。2、穩(wěn)定大氣大氣中某高度上的氣塊，當(dāng)它受到外力作用向上或向下運(yùn)動時，如果氣塊逐漸減速有返回原高度的趨勢，這時大氣是穩(wěn)定的，這樣的大氣稱為穩(wěn)定大氣。3、不穩(wěn)定大氣如果氣塊加速運(yùn)動并有遠(yuǎn)離原高度的趨

8、勢，這時大氣是不穩(wěn)定的，這樣的大氣稱為不穩(wěn)定大氣。4、中性大氣如果氣塊被外力推到任意高度，并在該處停止下來，這時大氣處于中性狀態(tài)，這樣的大氣稱為中性大氣。下面具體地