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大气物理学
所以大气是一种层结流体， 所以大气是一种层结流体，空气的垂直运动能否发展以 及发展的激烈程度涉及到云雾降水、雷暴、 及发展的激烈程度涉及到云雾降水、雷暴、冰雹等重要现 象，它和大气层结的不同类型密切相关，这就是大气稳定度 它和大气层结的不同类型密切相关， 的问题。 的问题。
◇地球大气的温度、气压可直接测量，体积不可以。 地球大气的温度、气压可直接测量，体积不可以。 大气中含有水汽， ◇大气中含有水汽，可分为未饱和湿空气系统和含 液态水（或冰）饱和湿空气系统等。 液态水（或冰）饱和湿空气系统等。
二、对于与外界无质量交换的封闭系，可简化 对于与外界无质量交换的封闭系，
U 2 − U1 = Qs + A
三、对于系统经历一个无穷小的过程
dU = δQs + δA
实质： 热力学第一定律的实质 热力学第一定律的实质： 是一能量转化和守恒定律 热力学第一定律的物理意义： 热力学第一定律的物理意义： 物理意义 系统内（ 能的变化= 系统内（热）能的变化 外界传给系统的热能+外界对系统所做的功 外界传给系统的热能 外界对系统所做的功
◇未饱和湿空气系统：通常的大气可当做由
干空气和水汽组成的二元单相系
◇含液态水（或冰）饱和湿空气系统：含液态 含液态水（或冰）
水或冰的饱和湿空气系统，是指由水滴或冰晶组成 水或冰的饱和湿空气系统， 的云和雾，它含有干空气和水物质（水汽、 的云和雾，它含有干空气和水物质（水汽、液态水和 固态水的总称）， ），所以是二元多相系 固态水的总称），所以是二元多相系
本章内容： 本章内容：
◇回顾普通热力学的基本原理 ◇热力学函数在大气中应用的具体形式 ◇对流层中常见的几种大气热力过程： 对流层中常见的几种大气热力过程：
干绝热过程、湿绝热过程（如云雾形成） 干绝热过程、湿绝热过程（如云雾形成）、等压降 温过程（如露、霜形成） 等压绝热蒸发（如露、 温过程（如露、霜形成）、等压绝热蒸发（如露、 霜消失） 霜消失）过程等
◇地球大气的温度、气压可直接测量，体积不可以。 地球大气的温度、气压可直接测量，体积不可以。 大气中含有水汽， ◇大气中含有水汽，可分为未饱和湿空气系统和含 液态水（或冰）饱和湿空气系统等。 液态水（或冰）饱和湿空气系统等。
二、对于与外界无质量交换的封闭系，可简化 对于与外界无质量交换的封闭系，
U 2 − U1 = Qs + A
三、对于系统经历一个无穷小的过程
dU = δQs + δA
实质： 热力学第一定律的实质 热力学第一定律的实质： 是一能量转化和守恒定律 热力学第一定律的物理意义： 热力学第一定律的物理意义： 物理意义 系统内（ 能的变化= 系统内（热）能的变化 外界传给系统的热能+外界对系统所做的功 外界传给系统的热能 外界对系统所做的功
◇未饱和湿空气系统：通常的大气可当做由
干空气和水汽组成的二元单相系
◇含液态水（或冰）饱和湿空气系统：含液态 含液态水（或冰）
水或冰的饱和湿空气系统，是指由水滴或冰晶组成 水或冰的饱和湿空气系统， 的云和雾，它含有干空气和水物质（水汽、 的云和雾，它含有干空气和水物质（水汽、液态水和 固态水的总称）， ），所以是二元多相系 固态水的总称），所以是二元多相系
本章内容： 本章内容：
◇回顾普通热力学的基本原理 ◇热力学函数在大气中应用的具体形式 ◇对流层中常见的几种大气热力过程： 对流层中常见的几种大气热力过程：
干绝热过程、湿绝热过程（如云雾形成） 干绝热过程、湿绝热过程（如云雾形成）、等压降 温过程（如露、霜形成） 等压绝热蒸发（如露、 温过程（如露、霜形成）、等压绝热蒸发（如露、 霜消失） 霜消失）过程等
大气圈层结构ppt
表2.1 我国部分高原训练基地的地理坐标
地点
甘肃榆中
青海多巴
云南海埂
河北兴隆
云南呈贡
海拔/m
1996
2366
1888
2118
1906
经度
104°02′E
101°31′E
102°41′E
117°22′E
102°48′E
纬度
35°52′N
36°40′N
25°01′N
40°36′N
24°53′N
在奥运会等世界重大体育赛事中，来自非洲埃塞俄比亚、肯尼亚的中长跑运动员往往成绩优异在非洲地形图上，找出这两个国家，归纳它们共同的地形特点由此，你能推测这两个国家中长跑运动员成绩优异的原因吗?
P66”探究“
问题探究：
1. 有人认为,臭氧层是“地球生命的保护伞”。你认同这种看法吗？为什么？
同意。过量的紫外线辐射会增加人的皮肤癌患病率，还会引起白内障、免疫系统缺陷和发育停滞等疾病，而臭氧层可以吸收绝大部分对人有害的太阳的紫外线,保护地球上的生命免遭紫外线伤害。所以说,臭氧层是“地球生命的保护伞”。
B
由于太阳带电粒子流（太阳风）进入地球磁场，使高层大气分子或原子电离而产生，出现的灿烂美丽的光辉
C
课堂小结
干洁空气
水汽
杂质
大气组成
对流层
高层大气
大气垂直分层
平流层
大气的组成与垂直分层
一架客机要求保持在十千米左右的高度飞行，应该在（ ）地方上空飞最安全。
A.澳大利亚上空 B.加拿大北部上空C.新加坡上空 D.中国南部上空
对流层受地面影响，高度随纬度和季节而变化。
中纬度更明显
活动：1.在对流层,海拔每上升 100 米,气温约下降 0.6 ℃,从而形成一个随高度增加而温度下降的大气垂直温度梯度。据此,完成相关任务。
大气物理学
推出抬升凝结高度的估算公式为
Td Td 0 h 123(Td Td 0 )(m) 2 (0.98 0.17) 10
注意：有时误差很大。
第三节 大气中的湿绝热过程
定义：大气中有相变发生的绝热过程
一、两种极端情况
1、可逆湿绝热过程
水汽相变所产生的水成物不脱离原气块，始终跟随气块上升或 下降，所释放的潜热也全部保留在气块内部。
g dT dz c pd
∴近似为
dT g d 9.8 /1004 0.98K /100m dz c pd
三、位温
1、定义
气块经过干绝热过程气压变为1000hPa时， 气块所具有的温度。用θ表示，其定义式为
1000 T p
在精度要求不高的计算中常用kd代k计算θ。
1、坐标系
x T , y ln p
2、基本线条 等温线、等压线、等θ线（干绝热线）、 等qs线（等饱和比湿线）、等Θse线（假绝热线）。
等温线：平行于纵坐标的一组等间距（黄色）直线，每隔 1 ℃ 一条线，每隔 10 ℃ 标出温度 数值，其中大字体为摄氏温度 ( ℃ ) ，小字体为绝对温度（ K ）。 等压线：平行于横坐标的一组（黄色）直线，从 1050 百帕到 200 百帕之间，每隔 10 百帕一 条线，图左右两侧每隔 100 百帕标出气压数值。 干绝热线：即等位温线，是一组近似于直线的对数曲线，自图右下方向左上方倾斜的黄色实 线，线上每隔 10 ℃ 标出位温（ q ）数值。当气压值低于 200 百帕时，位温使用括号内数值。
• 对位温定义式求对数，
将x = T, y = ln（1000/p) 代入上式得，
1000 ln ln T k ln p
Td Td 0 h 123(Td Td 0 )(m) 2 (0.98 0.17) 10
注意：有时误差很大。
第三节 大气中的湿绝热过程
定义：大气中有相变发生的绝热过程
一、两种极端情况
1、可逆湿绝热过程
水汽相变所产生的水成物不脱离原气块，始终跟随气块上升或 下降，所释放的潜热也全部保留在气块内部。
g dT dz c pd
∴近似为
dT g d 9.8 /1004 0.98K /100m dz c pd
三、位温
1、定义
气块经过干绝热过程气压变为1000hPa时， 气块所具有的温度。用θ表示，其定义式为
1000 T p
在精度要求不高的计算中常用kd代k计算θ。
1、坐标系
x T , y ln p
2、基本线条 等温线、等压线、等θ线（干绝热线）、 等qs线（等饱和比湿线）、等Θse线（假绝热线）。
等温线：平行于纵坐标的一组等间距（黄色）直线，每隔 1 ℃ 一条线，每隔 10 ℃ 标出温度 数值，其中大字体为摄氏温度 ( ℃ ) ，小字体为绝对温度（ K ）。 等压线：平行于横坐标的一组（黄色）直线，从 1050 百帕到 200 百帕之间，每隔 10 百帕一 条线，图左右两侧每隔 100 百帕标出气压数值。 干绝热线：即等位温线，是一组近似于直线的对数曲线，自图右下方向左上方倾斜的黄色实 线，线上每隔 10 ℃ 标出位温（ q ）数值。当气压值低于 200 百帕时，位温使用括号内数值。
• 对位温定义式求对数，
将x = T, y = ln（1000/p) 代入上式得，
1000 ln ln T k ln p
大气物理学第十二章
一、水滴均质核化和开尔文方程
水汽转化成水滴，水分子和原子排列变得 有序，在核化发生时，必须克服能量障碍， 表现为潜热和感热的转化。 水汽分子的热运动不断产生分子碰撞，其中 小部分碰撞为非弹性碰撞，形成分子数多少不一 的胚团，其生命期很短，只有当最大的水汽分子胚团 达到可以生存的尺度时，才完成核化。 按此方式产生的胚滴不仅使分子结构和分子运动特征 改变，而且必须为它提供表面能。随着水汽过饱和度的 增加，当提供的潜热等于或大于表面能时，胚滴才能 稳定存在。
D
24 / Re
FD 6 rv
对于不同尺度段的水滴，根据试验结果可以 总结出对应的阻力系数与雷诺系数的关系， 从而得出水滴下落速度的经验公式：（r取代m）
(1)m 50 m; (3)m 500 m;
vw Ar 2 vw Br vw C r
12.2 云粒子的异质核化
实际上，悬浮在大气中的气溶胶粒子是无处 不在的。另外，由于大气中存在电离过程，产生 大量离子。
气溶胶粒子提供了汽—粒转化的基底，大气 离子则提供了有利于水汽凝聚的中心。
自然云、雾的产生主要通过凝结核、冰核的异质核化
作用，正因为大气气溶胶中一部分粒子可充作云核，才 使大气中的饱和比一般处于s=1.01-1.001之间。 (比s=4.7大大减少了！）
◇碰撞破碎
降水粒子发生碰撞时也可能破碎成若干小滴，这种 破碎称为碰撞破碎。
12.4.2 水滴的下降末速度 一、下降末速度定义
在重力作用下，水滴的下降速度不断提高，与此 同时，阻力也随之增加，当水滴受力达到平衡时， 水滴匀速下降，此时的下降速度称为下降末速度。 在静止介质中，重力、浮力和阻力平衡
dv m mg 1 FD dt w FD为水滴运动时受到的阻力 FD为水滴运动时受到的阻力
大气的组成和垂直分层讲述课件
VS
保护措施
为了保护臭氧层，需要采取一系列措施， 包括减少使用氟利昂等ODS物质、控制 工业排放、加强国际合作等。同时，需要 加强公众宣传，提高人们对臭氧层保护的 意识。
CHAPTER 05
电离层
定义与特点
定义
电离层是指从对流层顶部延伸至500公里高度以上的大气层，该区域内的气体分子受到太阳辐射和宇 宙线的作用，被电离成自由电子层内产生的气象现象包括云、雨、雪、雾等。其中，云和降水是影响我们 日常生活的主要气象现象。
影响
对流层内的气象现象对人类生活和生态环境产生重要影响。例如，降水为地球 提供水资源，但过多的降水可能导致洪涝等灾害。
对流层内主要活动
01
02
03
空气上升
在对流层内，暖空气上升 至较冷的环境，形成云和 降水。
主要成分及其作用
主要成分：氮、氧、氩是大气的主要成 分，其中氮约占78%，氧约占21%，氩 及其他气体约占1%。
氩气：对红外线和紫外线有吸取作用， 可保护地球表面的生物免受宇宙射线的 伤害。
氮气：是植物生长的重要氮源，同时也 是合成许多有机物的原料。
作用
氧气：为生物呼吸提供必要的氧气，同 时也是燃烧和光合作用的必要条件。
大气的组成和垂直分 层讲述课件
目 录
• 大气的基本概念与组成 • 对流层 • 平流层 • 臭氧层 • 电离层
CHAPTER 01
大气的基本概念与组成
大气的定义与性质
大气的定义
大气是指地球表面上的气体圈， 主要由氮、氧、氩、二氧化碳等 组成。
大气的性质
大气具有温度、压力、密度、折 射率等物理性质，以及化学组成 和成分比例等化学性质。
平流层内主要活动
大气物理学(大气科学的一个分支)
大气物理学的许多内容，早就受到人们的**。在早期，所有的大气热力学和大气动力学研究内容均包含在大 气动力学和天气学中，20世纪20年代，人们开始**较小尺度大气动力学和热力学过程，其中包括了大气底层的边 界层结构的研究，因而形成大气湍流和大气边界层的研究方向，40年代大气中污染物的扩散受到了**，开始形成 污染气象学的研究方向。由于工农业对人工降水的需求，并对云的微观和宏观有了较深入的了解，因而逐渐形成 对云雾物理学的系统研究。有关大气中的光学、声学和电学现象的研究，早在气象学、物理学和无线电学中进行 了一些研究，40年代开始的气象雷达观测，60年代气象卫星的释放，对形成大气光、声、电学、雷达气象学和卫 星气象学的形成起了极大的推动作用。
大气物理学和大气科学其他分支有紧密的联系，如大气物理过程受到天气背景的制约，同时大气物理研究和 探测的结果，又广泛用于天气分析和预报，所以它和天气学关系密切；云动力学是大气物理学和大气动力学结合 的产物；大气物理学的许多内容涉及对气候变化的研究；大气物理学是大气探测和应用气象学的基础，而这两个 学科的发展，又丰富了大气物理学的内容。例如大气物理为气象雷达观测提供原理依据，而雷达的气象信息则为 研究大气物理过程提供了丰富的资料。
感谢观看
研究方向
1．天气动力学、数值模式及模拟分析 2．气候动力学及气候变化和预测 3．热带天气学、海—气相互作用和季风 4．中小尺度天气学和暴雨研究 大气声学5．云雾物理学及气溶胶6．卫星遥感学及其应用 7．大气光学探测及应用 8．大气边界层物理学及下垫面过程 9．污染气象学 10．雷电物理学和雷电探测 11．中层大气物理和化学
特点
云图大气声学、大气光学，大气电学和无线电气象学，是研究大气中声、光、电的现象和声波、电磁波在大 气中传播的特性；雷达气象学研究用气象雷达探测大气的原理和方法，及其在天气分析预报、云和降水物理中的 应用；大气辐射学研究辐射在地球大气系统内的传输转换过程和辐射平衡；云和降水物理学研究云和降水的形成、 发展和消散的过程；大气边界层物理研究受地面影响较大的大气低层的温度、湿度、风等要素的水平和铅直分布， 大气湍流和扩散，水汽和热量传输等；平流层和中层大气物理学研究对流层顶(10公里左右)到80～90公里大气层 中发生的物理过程。大气过程常是多因素综合作用的结果，故大气物理诸方面常常相互联系，如大气电学同云和 降水物理学都研究雷暴。既各有侧重，又紧密相关。
大气物理学和大气科学其他分支有紧密的联系，如大气物理过程受到天气背景的制约，同时大气物理研究和 探测的结果，又广泛用于天气分析和预报，所以它和天气学关系密切；云动力学是大气物理学和大气动力学结合 的产物；大气物理学的许多内容涉及对气候变化的研究；大气物理学是大气探测和应用气象学的基础，而这两个 学科的发展，又丰富了大气物理学的内容。例如大气物理为气象雷达观测提供原理依据，而雷达的气象信息则为 研究大气物理过程提供了丰富的资料。
感谢观看
研究方向
1．天气动力学、数值模式及模拟分析 2．气候动力学及气候变化和预测 3．热带天气学、海—气相互作用和季风 4．中小尺度天气学和暴雨研究 大气声学5．云雾物理学及气溶胶6．卫星遥感学及其应用 7．大气光学探测及应用 8．大气边界层物理学及下垫面过程 9．污染气象学 10．雷电物理学和雷电探测 11．中层大气物理和化学
特点
云图大气声学、大气光学，大气电学和无线电气象学，是研究大气中声、光、电的现象和声波、电磁波在大 气中传播的特性；雷达气象学研究用气象雷达探测大气的原理和方法，及其在天气分析预报、云和降水物理中的 应用；大气辐射学研究辐射在地球大气系统内的传输转换过程和辐射平衡；云和降水物理学研究云和降水的形成、 发展和消散的过程；大气边界层物理研究受地面影响较大的大气低层的温度、湿度、风等要素的水平和铅直分布， 大气湍流和扩散，水汽和热量传输等；平流层和中层大气物理学研究对流层顶(10公里左右)到80～90公里大气层 中发生的物理过程。大气过程常是多因素综合作用的结果，故大气物理诸方面常常相互联系，如大气电学同云和 降水物理学都研究雷暴。既各有侧重，又紧密相关。
大气物理学课件完整PPT
水平气压梯度一般为多少？
d t x y z （1）大陆型：一年中气压最高值 出现在冬季，最低值出现在夏季，气压年变化值很大，并由低纬向高纬逐渐增大。
程
2、不同密度气团的移动
（二）辐散、辐合与垂直运动
u , v , w x y z
u 0 x u 0 x
空气的散度 辐散 辐合
立方体中的总散度等于三个偏导数之和 1ddtuxyvw z
( ) （3） 2、不同密度气团的移动
x y z t 气压梯度是一个空间矢量，它垂直于等压面，由高压指向低压，数值等于两等压面间的气压差（ΔP）除以其间的垂直距离（ΔN），可
用下式表示：
一、气压梯度（pressure gradient)
水平气压梯度力的大小为
当或
时
((u)(v)(w ))0 （4）
( t )z
g
dz
z t
对于地面，有
(p0 ) t
g
0
dz
t
[(u)(v)(w )] 连续方程
x y z t
代入
(
p0
)
g
dz
t
0 t
得到
( p 0) g( u v )d zg (u v )d zg (w )dz t 0 x y 0 x y 0 z
水平方向上的 速度辐散、辐 合
气压梯度力（ pressure gradient force) 气压梯度存在时，单位质量的空气所受的力叫气压梯度力，其大小与气压梯度成正比，与空气
密度成反比。
或 则在 时间内，流入这小立方体中总净质量为：
（三）引起局地气压变化的原因
方
二、水平气压梯度力的大小和方向 可以分为以下三种类型：
1duvw0 （9） 将（7）式代入（5）式，得到：
d t x y z （1）大陆型：一年中气压最高值 出现在冬季，最低值出现在夏季，气压年变化值很大，并由低纬向高纬逐渐增大。
程
2、不同密度气团的移动
（二）辐散、辐合与垂直运动
u , v , w x y z
u 0 x u 0 x
空气的散度 辐散 辐合
立方体中的总散度等于三个偏导数之和 1ddtuxyvw z
( ) （3） 2、不同密度气团的移动
x y z t 气压梯度是一个空间矢量，它垂直于等压面，由高压指向低压，数值等于两等压面间的气压差（ΔP）除以其间的垂直距离（ΔN），可
用下式表示：
一、气压梯度（pressure gradient)
水平气压梯度力的大小为
当或
时
((u)(v)(w ))0 （4）
( t )z
g
dz
z t
对于地面，有
(p0 ) t
g
0
dz
t
[(u)(v)(w )] 连续方程
x y z t
代入
(
p0
)
g
dz
t
0 t
得到
( p 0) g( u v )d zg (u v )d zg (w )dz t 0 x y 0 x y 0 z
水平方向上的 速度辐散、辐 合
气压梯度力（ pressure gradient force) 气压梯度存在时，单位质量的空气所受的力叫气压梯度力，其大小与气压梯度成正比，与空气
密度成反比。
或 则在 时间内，流入这小立方体中总净质量为：
（三）引起局地气压变化的原因
方
二、水平气压梯度力的大小和方向 可以分为以下三种类型：
1duvw0 （9） 将（7）式代入（5）式，得到：
大气物理学第三章第二节
如果
g
T h T z
则
T h z
0 z
静止大气中所能存在的最大的温度递减率
3、多元大气
温度递减率不随高度变化的大气，称为多元大气。
T const . z
垂直方向满足静力平衡方程： P
z
g
温度随高度怎样变？ 气压随高度怎样变？ 密度随高度怎样变？ 多元大气的高度？
g Rd
压强与高度之间的关系
P2 T1 H 2 H1 (1 1 P
Rd g
)
压强与高度之间的关系
c.
多元大气的高度
P2 T1 H 2 H1 (1 P 1
Rd g
)
P2=0 时的高度 即多元大气的高度：
6.5 / km
T0 273 HT 54.6(km ) 0.0065
多元大气的特例:
0
HT
T0 R HT Hh g
等温大气 均质大气
g 34 / km R
总结: 这三种大气哪一种最厚? 为什么?
g d ln P dz Rd Tv
均质大气是有界的。
如果取
0
（ 0 是地面附近的空气密度）
此时大气的高度为 z2：
P2 P 1 gdz P 1 g ( z2 z1 )
z1
z2
0 P0 0 g ( z2 0) P0 RT0 287 273 z2 8000 (m) 0 g g 9.8
均质大气的高度 H h
RT0 为8000米。 g
气压随高度的减小比实际大气要快
b. 均质大气温度随高度的变化，
g
T h T z
则
T h z
0 z
静止大气中所能存在的最大的温度递减率
3、多元大气
温度递减率不随高度变化的大气，称为多元大气。
T const . z
垂直方向满足静力平衡方程： P
z
g
温度随高度怎样变？ 气压随高度怎样变？ 密度随高度怎样变？ 多元大气的高度？
g Rd
压强与高度之间的关系
P2 T1 H 2 H1 (1 1 P
Rd g
)
压强与高度之间的关系
c.
多元大气的高度
P2 T1 H 2 H1 (1 P 1
Rd g
)
P2=0 时的高度 即多元大气的高度：
6.5 / km
T0 273 HT 54.6(km ) 0.0065
多元大气的特例:
0
HT
T0 R HT Hh g
等温大气 均质大气
g 34 / km R
总结: 这三种大气哪一种最厚? 为什么?
g d ln P dz Rd Tv
均质大气是有界的。
如果取
0
（ 0 是地面附近的空气密度）
此时大气的高度为 z2：
P2 P 1 gdz P 1 g ( z2 z1 )
z1
z2
0 P0 0 g ( z2 0) P0 RT0 287 273 z2 8000 (m) 0 g g 9.8
均质大气的高度 H h
RT0 为8000米。 g
气压随高度的减小比实际大气要快
b. 均质大气温度随高度的变化，
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1d e 1d p ( 6 . 2 . 1 9 ) ed z pd z
ed p 2 d T d T e pd gR z d d d v T d e L v d z d e d z L v R e T e 2 R T v d
T d 6.310 T e
注意：有时误差很大。
第三节 大气中的湿绝热过程
定义：大气中有相变发生的绝热过程
一、两种极端情况
1、可逆湿绝热过程
水汽相变所产生的水成物不脱离原气块，始终跟随气块上升或 下降，所释放的潜热也全部保留在气块内部。
2、假绝热过程 水汽相变产生的水成物全部脱离气块，但所释放的潜热仍 留在气块中。 注：实际大气的湿绝热过程往往处于以上两者之间。
R 2 8 7 d 0 . 2 8 6 d c 0 0 4 p d 1
∴（6.2.2）式可近似表示为
T p T 0 p 0
0 .2 8 6
(6 .2 .4 )
二、干绝热递减率
1、定义： 作干绝热升降运动 的气块温度随高度 的变化率，
d dT dz
大气物理学
气块（微团）模型 １）定义：是指宏观上足够小而微观上又大到含 有大量分子的封闭空气团，其内部可包含水汽、 液态水或固态水。 ２）规定（使用气块模型时的约定）
a) 此气块内Ｔ、Ｐ、湿度等都呈均匀分布，各物理量 服从热力学定律和状态方程。
b) 气块运动时是绝热的，遵从准静力条件，环境大 气处于静力平衡状态。
利用准静力条件，周围大气静力平衡， 周围大气状态方程，上式化为
g 1 1 T e z T z R T e e e
由于
T TR , m R e e
，
所以上式可化为
Tg ( ) d T zT z c p
2、应用
1）可用于追溯气块或气流的源地以及 研究它们以后的演变
2）用于判断气层静力稳定度
3、θ的守恒性
(6.2.8)两边取对数然后微分，可得
d d T d p T p
( 6 . 2 . 1 2 )
RT 对热流量方程 d Qcpd T m d p 两边同除以cpT, 则有 p
∴近似为
d Tg 9 . 8 / 1 0 0 40 . 9 8 K / 1 0 0 m d d zc p d
三、位温
1、定义
气块经过干绝热过程气压变为1000hPa时， 气块所具有的温度。用θ 表示，其定义式为
1000 T p
在精度要求不高的计算中常用kd代k计算θ。
二、湿绝热温度递减率γs
湿绝热过程的温度递减率在各种情形之间 的差异不大，故用假绝热过程的温度递减 率来近似所有湿绝热情形下的温度递减率。
L r v d s r r s d c z p d d
( 6 . 3 . 6 )
rs rd
三、假相当位温θse
1、公式
气块吸收的热量 来自于潜热释放
有时也使用泊松方程的近似式：
( 6 . 2 . 2 ) 中 ， R 1 0 . 6 0 8) q 1 0 . 6 0 8 q m R d( d c c 1 0 . 8 6) q 1 0 . 8 6 q p p d(
考虑到实际大气中的比湿q<0.04kg/kg,
1 0.608q 1 1 0.86q
T 其中 称为大气温度直减率。 z
( 6 . 2 . 1 5 a )
因此，位温的垂直变化率是和(d )成正比的。如果某一层大气 的减温率=d，则整层大气位温必然相等。在对流层内，一般情 况下大气垂直减温率 < d，所以有
。 0 z
五、抬升凝结高度
1、定义：未饱和湿空气块因绝热抬升而 达到饱和的高度称为抬升凝结高度 （Lifting Condensation Level),简称LCL 2、求露点随高度变化
6
2
3、抬升凝结高度的估算公式
若取Te=2 1 7 K /m d z
推出抬升凝结高度的估算公式为
TT d d 0 h 1 2 3 ( TTm ) () d d 0 2 ( 0 . 9 8 0 . 1 7 )1 0
称为干绝热递减率。
2、Γd的数值
在热流量方程中令dQ=0, 并整理得
RmT dp dT cp p
把准静力条件、大气静力方程、环 境空气的状态方程代入，有
RT d z m eg d T cp eRT e e
由于
TT , R R , CC e m e p p d
g dT dz c pd
dp L 在克拉柏龙－克劳修斯方程 dT T(2 1)
中以e、Td、Lv分别代替p、T、L， 且考虑到α2>>α1
L e L d e L v v v 2 ( 6 . 2 . 1 8 ) R T d T T R T vd d d 2 T vd d e
又由
e 可得， vp
dQ dT R m dp cpT T cp p
比较上两式，可得
d d Q cT p
( 6 .2 .1 4 )
因为在干绝热过程中， dQ=0, 所以dθ=0，即干绝热过程中位温θ 是守恒量。
四、位温垂直梯度
（6.2.8）式两边取对数再对z求导，得
1 1 T 1 p z T z p z
p pe
dpe e g dz
一、干绝热方程
RT m 在热流量方程 d Qcpd T d p p
中令dQ=0, 然后两边积分后整理，得
T p p T 0 p 0 0 p
R m c p
( 6 .2 .2 )
公式（6.2.2）就是干空气或未饱和湿空气 的绝热方程，即干绝热方程，也称为泊松 方程。
d Q Ld v r s