《大氣穩(wěn)定度》word版

《《大氣穩(wěn)定度》word版》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫(kù)。

1、第七章大氣的不穩(wěn)定度（AtmosphericInstabilities）l7.1前言大氣中的水氣來(lái)自地表，而後經(jīng)由平流輸送至相關(guān)地區(qū)，因而上升運(yùn)動(dòng)是形成天氣現(xiàn)象的先決條件之一。而上升運(yùn)動(dòng)則取決於作用在單位氣塊上的力，以及環(huán)境大氣的不穩(wěn)定程度。至於大氣是否穩(wěn)定則取決於它的熱力結(jié)構(gòu)，動(dòng)力結(jié)構(gòu)或兩者組合後的條件，以及運(yùn)動(dòng)氣塊（airparcel）與環(huán)境大氣之上述條件的對(duì)比。簡(jiǎn)單的說(shuō)，運(yùn)動(dòng)後的氣塊是否會(huì)到原位是判斷大氣穩(wěn)定與否的指標(biāo)。下圖中附箭頭的小球代表氣塊，半圓或平面則代表大氣。由而見(jiàn)大氣的三種穩(wěn)定狀態(tài)。氣塊（airparcel）環(huán)境（enviro

2、ment）（enviroment）圖7-1大氣穩(wěn)定與否之示意圖本章即對(duì)此方面問(wèn)題做進(jìn)一步的討論。l7.2氣象學(xué)中的不穩(wěn)定度在氣象學(xué)中，大氣是否穩(wěn)定有兩種參考標(biāo)準(zhǔn)，1.靜力不穩(wěn)定度（staticinstability）或流體靜力不穩(wěn)定度（hydrostaticinstability），又稱重力（gravitational）不穩(wěn)定或浮力（buoyant）不穩(wěn)定。它是以氣塊上升後的溫度為參考標(biāo)準(zhǔn)；如高於新環(huán)境的氣溫就是不穩(wěn)定，反之為穩(wěn)定。2.動(dòng)力不穩(wěn)定度（dynamicinstability）或流體動(dòng)力不穩(wěn)定度（hydrodynamicinstabi

3、lity）。它是以氣塊在環(huán)境流中，亦即在大氣波中的狀態(tài)為依據(jù)；如氣塊進(jìn)入新環(huán)境後不能與該處的大氣波動(dòng)相契合就是不穩(wěn)定，反之就是穩(wěn)定。第一部份：靜力或流體靜力不穩(wěn)定度兩者均可用氣塊法（parcelmethod）測(cè)定之。l7.3靜力或流體靜力不穩(wěn)定度1.由單位容積i.e.，…….（7.1）圖7-2氣塊法示意圖之一7-27在絕熱（等熵）運(yùn)動(dòng)中，如果氣塊運(yùn)動(dòng)中其始終與環(huán)境之相等，即，則，所以……………………….（7.2）i.e.，氣塊垂直加速度，取決於。而由於開(kāi)始時(shí)，在等熵運(yùn)動(dòng)中，氣塊，但在新位置上，，取決於2.而由可得………………..（7.3）式中為

4、乾絕熱降溫率，則是實(shí)際觀測(cè)到的降溫率。如果一尚未飽和的氣塊向高空移動(dòng)，其降溫率就是，即每升100公尺，溫度約降1℃；此時(shí)如果環(huán)境大氣之降溫率，則，即，穩(wěn)定，反之為不穩(wěn)定?！啻髿馐欠穹€(wěn)定可由與的相對(duì)大小決定，即這是乾空氣的狀況。l7.4條件性不穩(wěn)定如果大氣中有水氣但尚未飽和，則其中一氣塊上升時(shí)，是乾絕熱運(yùn)動(dòng)；一旦達(dá)到飽和，就成了濕絕熱運(yùn)動(dòng)。所以如果，，則（7.3）式就有二種狀況，即飽和前，穩(wěn)定飽和後由於，此時(shí)上升氣塊的溫度會(huì)高於周圍（環(huán)境）空氣之溫度，致，不穩(wěn)定7-27此間分際可由垂直運(yùn)動(dòng)的變率獲得i.e.，，此表示，氣塊之動(dòng)能變率，來(lái)自它以加速

5、度位移。式中圖7-3氣塊法示意圖之二∴i.e.，…………………………………….（7.4）式中為1至2之平均值。這就是說(shuō)，只要上升空氣之虛溫環(huán)境空氣之虛溫，則，即氣塊之垂直動(dòng)能就會(huì)增加，亦即上升有正的加速度，是為不穩(wěn)定。反之則為穩(wěn)定。又知，在斜溫圖上，∴如果，即i.e.在上升氣塊未飽和前，穩(wěn)定但在飽和後，不穩(wěn)定，，圖7-4氣塊法示意圖之三LFC的高度對(duì)此影響很大。如正區(qū)面積>負(fù)區(qū)面積（代表推舉氣塊至LFC所需的能量）即為條件性不穩(wěn)定，其不穩(wěn)定度可由正負(fù)面積比定之。l7.5對(duì)流或位勢(shì)不穩(wěn)定度（convective&potentialinstabil

6、ity）由以上狀況可知，乾絕熱運(yùn)動(dòng)之穩(wěn)定度由，即決定；7-27濕空氣的絕熱運(yùn)動(dòng)之穩(wěn)定度，則由，即決定。i.e.，當(dāng)時(shí)為，對(duì)流亦即位勢(shì)不穩(wěn)定。由於，所以，如果，且時(shí)會(huì)小於0，濕絕熱對(duì)流不穩(wěn)定。即「下濕上乾之空氣柱具位勢(shì)不穩(wěn)（定）度」。在斜溫圖上此種不穩(wěn)定度可由判定，即「當(dāng)一層空氣之特徵曲線（characteristiccurve）之斜率隨高度偏向假絕熱線右（左）邊時(shí)，該氣層為位勢(shì)穩(wěn)定（不穩(wěn)定）?！龚擜layerispotentiallystableorpotentiallyunstableaccordingasitscharacteristicc

7、urveslopesupwardtotherightortotheleftofthepseccdoadiabatsonthethermodynamicdiagram.〞此處的〝特徵曲線〞原為Rossbydiagram（以為縱軸，混合比為橫軸之熱力圖）上與交點(diǎn)之連線，在現(xiàn)用之斜溫圖上，可以各層空氣LCL（又稱等熵凝結(jié)面，isentropiccondensationlevel）連線替代之（LCL處之氣壓、溫度通常稱之為凝結(jié)氣溫與凝結(jié)溫度；而相對(duì)應(yīng)之點(diǎn)則稱為特徵點(diǎn)characteristicpoint、絕熱飽和點(diǎn)或絕熱凝結(jié)點(diǎn)（adiabaticsat

8、uration（condensation）point）。各特性點(diǎn)即LCL高度可以下述近似式求得：Convectiveparameters：1.Stab