第6章-大氣靜力穩(wěn)定度ppt課件.ppt

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1、第六章大氣靜力穩(wěn)定度本章主要內(nèi)容大氣靜力穩(wěn)定度判定法（氣塊法）條件性不穩(wěn)定整層氣層升降時(shí)穩(wěn)定度變化逆溫層大氣（層結(jié)）靜力穩(wěn)定度的概念在天氣學(xué)中，用來判斷對流運(yùn)動發(fā)展與否；在污染氣象學(xué)中，有助于判斷湍流發(fā)展與否。1、處于靜力平衡狀態(tài)大氣中，一些空氣團(tuán)受到動力因子或熱力因子擾動，就會產(chǎn)生向上或向下垂直運(yùn)動，這種偏離其平衡位置的垂直運(yùn)動能否繼續(xù)發(fā)展，是由大氣層結(jié)即大氣中溫度和濕度的垂直分布所決定。2、層結(jié)大氣所具有的這種影響垂直運(yùn)動的特性稱為大氣靜力穩(wěn)定度，也稱層結(jié)穩(wěn)定度氣塊法模型：令氣塊離開平衡位置作微小的虛擬位移

2、，如果氣塊到達(dá)新位置后有繼續(xù)移動的趨勢，則此氣層的大氣層結(jié)是不穩(wěn)定的。它表明稍有擾動就會導(dǎo)致垂直運(yùn)動的發(fā)展；如果氣塊有回到平衡位置的趨勢，則這種大氣層結(jié)是穩(wěn)定的；如果氣塊既不遠(yuǎn)離平衡位置也無返回原平衡位置的趨勢，而是隨遇平衡，就是中性的。注意：大氣層結(jié)穩(wěn)定度只是用來描述大氣層結(jié)對于氣塊的垂直運(yùn)動起什么影響（加速、減速或等速）的一個(gè)概念，這種影響只有當(dāng)氣塊受到外界的沖擊力以后才能表現(xiàn)出來，它并不表示大氣中已經(jīng)存在的垂直運(yùn)動狀態(tài)（1）基本判別式（2）靜力穩(wěn)定度判據(jù)1大氣靜力穩(wěn)定度判定法（氣塊法）任取單位體積氣塊，取

3、鉛直向上方向?yàn)檎?，鉛直方向上的運(yùn)動方程為（1）基本判別式根據(jù)狀態(tài)方程，以及有可以由此式判斷氣層靜力穩(wěn)定度,是最基本的判定方程1、當(dāng)時(shí)，則，說明若氣塊比周圍（環(huán)境）空氣暖時(shí)，可獲得向上的加速度；2、當(dāng)時(shí)，則，說明若氣塊比周圍（環(huán)境）空氣冷時(shí)，可獲得向下的加速度；3、若時(shí)，則，說明氣塊與周圍（環(huán)境）空氣無溫差時(shí)，氣塊的垂直加速度為零。（2）靜力穩(wěn)定度判據(jù)1）薄氣層定義：氣層的厚度足夠薄，以至于氣層的為常數(shù)，則稱該氣層為薄氣層。2）基本判別式設(shè)氣塊從溫度為T0的平衡位置處作一虛擬的微小位移dz后，其溫度就變成環(huán)境大氣

4、溫度為把上兩式代入中，有適用于薄氣層靜力穩(wěn)定度的基本判別式1、，不論氣塊是向上運(yùn)動（dz>0）還是向下運(yùn)動（dz<0），氣塊的加速度總是和dz的符號一致，有加速離開原平衡位置的傾向，即大氣層結(jié)是不穩(wěn)定層結(jié)；2、垂直運(yùn)動既不發(fā)展也不衰減，大氣層結(jié)是中性的；3、，不論氣塊是向上運(yùn)動（dz>0）還是向下運(yùn)動（dz<0），氣塊的加速度總是和dz的符號相反，有加速回到原平衡位置的傾向，即大氣層結(jié)是穩(wěn)定層結(jié)；zT（b）穩(wěn)定層結(jié)zT（a）不穩(wěn)定層結(jié)平衡位置由于干濕絕熱減溫率不同，故需分別討論：（未飽和氣塊）氣塊垂直位移時(shí)按干

5、絕熱變化，垂直減溫率（飽和氣塊）氣塊垂直位移時(shí)按濕絕熱變化，垂直減溫率條件性不穩(wěn)定是指，大氣層結(jié)對飽和氣塊是不穩(wěn)定的，而對未飽和氣塊是穩(wěn)定的。如果存在局地的強(qiáng)對流或其它動力因子的強(qiáng)烈抬升作用，使空氣上升達(dá)到凝結(jié)高度以上，則條件性不穩(wěn)定就可能實(shí)現(xiàn)，往往造成局地性雷雨天氣。絕對不穩(wěn)定條件性不穩(wěn)定絕對穩(wěn)定利用下列兩個(gè)關(guān)系此判據(jù)能定性的反映對流發(fā)展的基本條件，廣泛應(yīng)用在天氣預(yù)報(bào)、云霧物理及相關(guān)的污染氣象學(xué)的研究中。氣層不穩(wěn)定能量01條件性不穩(wěn)定類型02熱雷雨預(yù)報(bào)03夾卷過程對穩(wěn)定度影響042條件性不穩(wěn)定觀測表明，熱帶地

6、區(qū)自地面以上到約15公里高度處，平均來看，都是處于條件性不穩(wěn)定狀態(tài)。其它地區(qū)大氣層結(jié)也大多是條件性不穩(wěn)定。注意：在討論厚氣層時(shí)（或自地面以上對流層整層大氣），大氣溫度垂直分布很復(fù)雜，大氣垂直減溫率不是常數(shù)；氣塊不再是作微小虛擬位移，而是作有限虛擬位移，離開平衡位置的未飽和氣塊可能上升達(dá)到凝結(jié)而成為飽和氣塊，這就增加問題難度。（1）不穩(wěn)定能量法不穩(wěn)定能量定義：氣塊在上升過程中，因各高度大氣層結(jié)不同：若是正浮力，則對氣塊作功，并將轉(zhuǎn)化成氣塊運(yùn)動動能；若是負(fù)浮力，則氣塊對負(fù)浮力做功，運(yùn)動受到抑制，氣塊將減速。氣塊在垂

7、直運(yùn)動中動能增量，可以認(rèn)為是由氣層中所儲存一部分能量轉(zhuǎn)化而來，這部分可以轉(zhuǎn)化的能量一般稱為氣層的不穩(wěn)定能量。氣層不穩(wěn)定能量的大小和正負(fù)是大氣層結(jié)是否穩(wěn)定的標(biāo)志。由氣塊運(yùn)動方程推導(dǎo)出動能方程上式右邊表示凈浮力將單位質(zhì)量空氣從z0移到z所作的功；上式左邊表示轉(zhuǎn)化成氣塊動能增量；若氣塊溫度高于環(huán)境溫度，則凈浮力為正，氣塊的垂直運(yùn)動動能不斷增加；反之，凈浮力為負(fù)，氣塊動能將減小。由于氣塊上升時(shí)的溫度變化是確定的，因此浮力的正負(fù)取決于厚氣層溫度層結(jié)。圖5.4中，氣塊路徑（狀態(tài)）曲線在層結(jié)曲線右邊，氣塊受正浮力，故陰影部分

8、代表正不穩(wěn)定能量，以正面積A+表示；反之，若路徑（狀態(tài)）曲線在左邊，氣塊受到負(fù)浮力，陰影部分是不穩(wěn)定能量，以負(fù)面積A-表示（2）條件性不穩(wěn)定類型（厚氣層）由層結(jié)曲線和狀態(tài)（路徑）曲線的配置，由此可將大氣（厚氣層）穩(wěn)定度性質(zhì)分為潛在不穩(wěn)定型、絕對穩(wěn)定型、絕對不穩(wěn)定型。自由對流高度（LFC）：在潛在不穩(wěn)定中，層結(jié)曲線與狀態(tài)曲線第一次相交的高度F點(diǎn)；對流有效位能CAPE：在潛在不穩(wěn)定示意圖中