05 大气稳定度和不稳定能量

下沈逆溫（Subsidence inversions) ：當某氣層發生下沈時，因氣壓逐漸增大，以及因 氣層向水平方向的輻散，使其厚度減少（h´ <h），氣層頂部下沈的距離要比底部下沈 的距離為大，頂部空氣的絕熱增溫要比底部多，可能會出現氣層頂部的溫度要高於底部 的溫度，而形成逆溫。下沈逆溫多出現在高壓區內，範圍很廣，厚度也大，在離地 數百公尺至數千公尺都會出現，由於下沈氣層來自高空，水氣少，再絕熱增溫相對濕度 更低，不利於雲的生成，因此多形成為晴朗不雨的天氣。
絕對不穩定（Absolute unstable）P.144
• 大氣很少會形成深厚的絕對不穩定層，通常只會 在日間因接近地面層因吸收大量地面輻射熱，使 下層氣層強烈增溫才形成超過絕熱降溫的超絕熱 （super adiabatic）環境溫度遞減率。 • 當氣層形成絕對不穩定時，尤其達到每100公尺 3.4° C以上時（自發對流遞減率,autoconvective lapse rate），對流會有自發性的，使氣層發生上 下倒m advection） • 整層大氣沈降壓縮增溫，上層下降較多，增溫較 高，下層下降較少，增溫較少，甚至造成沉降逆 溫（subsidence inversion，有別於地面逆溫，通常 多見於高氣壓區的高空逆溫） • 晚上地面的輻射冷卻 • 地面層有冷空氣流入（冷平流，cold advection） • 大氣移經冷表面
對流不穩定Convectiveinstability)P.148

T
...1
讨论（1）式：
a . 上升过程中T T .dz 0 W 0, 表明气层对于 . 该气块有正的不稳定能 , 有对流发展能力 量 . b . 上升过程中T T .dz 0. W 0. 表示气层对于该 . 气块有负的不稳定能量有抑制对流发展能力 , .
c. 下降过程中T T .dz 0 W 0, 表明气层对于 . 该气块有负的不稳定能 , 有抑制对流发展能力 量 . b . 下降过程中T T .dz 0. W 0. 表示气层对于该 . 气块有正的不稳定能量有对流发展能力 , .
故 :W

z
z0
T T gdz T
P P 0

P
P 0
T T dp ( RT ) T p
R (T T )d (ln p ) R (T T )[d ( ln p )]
P 0 P
R T d ( ln p ) R Td ( ln p )
怎样来求不稳定能量？
二、利用T-lnp图解分析不稳定能量
引入：
(T T ) W gdz z0 T 将dz 变成 dp
z
由静力学方程 gdz gdz dp P 而 RT dp gdz RT p
dp

设在z0处 气压为P0 设在z处 气压为P
P 0 P 0
P
P
R[ T d ( ln p ) Td ( ln p )]
P 0 P 0
P
P
由定积分的几何意义可知： -lnp P P0 rm rd 状态曲线 T 此积分在T-lnp图上相当于状态曲线和纵轴上P0与P等 压线之间围成的面积。

—当地纬度， (°) ；
—当地经度， (°) ；
—太阳倾角， (°)；
t —进行观测时的北京时间，h。
35
Ⅲ、确定太阳辐射等级
根据太阳高度角和云量查太阳辐射等级表，得 出太阳辐射等级。其中云量(全天空十分制)观测规 则与国家气象局编订的《地面气象观测规范》相同。 表中的太阳辐射等级：＋3 表示强太阳射入辐射； ＋2 表示中等射入辐射；＋1 表示弱射入辐射；0 表 示射入与射出辐射相平衡；- 1 表示地球存在弱的 射出辐射；- 2 表示存在强的地球射出辐射。
36
太阳辐射等级值
云量，1/10
太阳辐射高度角 (h0)
总云量/低云 量
≤4 / ≤4
夜间 -2
h0 ≤15° -1
15°＜ h0≤35°
+1
35°＜ h0≤65°
h0＞65°
+2
+3
5 ~ 7 / ≤4 - 1
0
+1
+2
+3
≥8 / ≤4
-1
0
0
+1
+1
≥5 / 5 ~ 7 0
0
0
0
+1
≥8 / ≥8
dz
7
干绝热直减率(dry adiabatic lapse rate) 当一干空气块从地面绝热上升时，将因周围气
压的减小而膨胀，一部分内能用于反抗外压力而 作膨胀功，因而它的温度将逐渐下降。反之，当 一干空气块从高空绝热下降时，将因周围气压的 增加而压缩，外压力的压缩功转 化为它的内能， 因而它的温度将逐渐上升。这种性质可用干绝热 直减率来表示。
最大的差别出现在静风晴夜，这样的夜间，在乡 村地区大气状态是稳定的，但在城市，在高度相当于 建筑物的平均高度几倍之内是微不稳定或近中性的， 它上面有一个稳定层。

决定温度局地变化有三方面因子dtdtdtdpdtdtpgrtpgrt第二章大气的热能和温度第三节大气的增温和冷却大气静力稳定度大气稳定度的概念判别稳定度的基本公式根据大气中的气块的受力分析计算加速度引入状态方程和准静力条件得到259第二章大气的热能和温度第三节大气的增温和冷却大气静力稳定度判断大气稳定度的基本方法干绝热的情况利用层结位温随高度的分布由242取对数再取对高度的偏导数因为所以第二章大气的热能和温度第三节大气的增温和冷却大气静力稳定度判断大气稳定度的基本方法湿绝热的情况第二章大气的热能和温度第三节大气的增温和冷却大气静力稳定度不稳定能量的概念不稳定型稳定型潜在不稳定型位势不稳定水文与水资源工程专业第二章大气的热能和温度第四节大气温度随时间的变化气温的周期性变化气温的日变化影响气温变化的因素1地表面增热与冷却作用2大气中的水平运动与垂直运动气温日变化特征及原因1日最高值与最低值出现的时间2影响日较差的因子水文与水资源工程专业第二章大气的热能和温度第四节大气温度随时间的变化气温的周期性变化气温的年变化1月平均气温最高值与最低值出现的时间2影响年较差的因子问题
经推导，得式（2.41）
m (
dTi L dqs )m d dZ CP dZ
水文与水资源工程专业 朱君君
第二章 大气的热能和温度
第三节 大气的增温和冷却——空气的增温和冷却
气温的绝热变化 ——干绝热递减率和湿绝热递减率
湿绝热递减率的推导与数值

问题1：rm为什么总小于rd？rd和rm什么时候相差最大？为什么愈到高空rm愈接近rd？
平流变化：由于空气的移动所造成的某地温度的变化。

个别变化和局地变化联系的定性说明
水文与水资源工程专业 朱君君
第二章 大气的热能和温度