大气稳定度分级
大气层结稳定度解读
γd γ
T T΄ T΄
T
(2) 饱和湿空气 （ 将 γd换成 γs ）
不稳定
s 中性 （3-22）P72
稳定
(3) 实际大气 d s
d (必 s ) 绝对不稳定 （s 必 d ) 绝对稳定
常见：
d s
对干空气和未饱和湿空气是稳定的，对 饱和湿空气是不稳定的。称之为条件不 稳定。
四.温度平流的判断
V T 0 为暖平流，图3-9（a） 90 0
-∇ T
V
0°c
α
5
10
15 a
图3-14
风由高吹向低温区，使局地气温升高。
V T 0
为冷平流，图3-14（c）
90 0
-∇ T 0°c
α c
5
10 V
15
图3-14
风由低吹向高温区，使局地气温降低。
V T 0
为零平流，图3-9 （b） 900 cos900 0
当垂直方向加速度为零时，气块是静力平衡的：
0 1 p g
Z
引入准静力条件： p p' p p' ' g
z z
代入气块的垂直方向的运动方程：
dw 1 ' g g g ( ' )
dt
（3-15）
代入状态方程： ' p P
RT'
RT
得：
dw g T T ' g T
层结稳定度与垂直速度的共同作用、
热量的得失 。
T t
V 2T
( d
)w
1 cp
dQ dt
讨论：
短期天气过程： dQ 0
dt
大尺度大气：右第二项比较小
大气稳定度分级
大气稳定度分级
常用的大气稳定度分类方法有帕斯奎尔（Pasquill）法和国标原子能机构IAEA推荐的
方法。
这里介绍的是中国现有法规中推荐的修订帕斯奎尔分类法（简记P・S）,分为强
不稳定、不稳定、弱不稳定、中性、较稳定和稳定六级。
它们分别表示为A、B、C、D、E、F。
确定等级时首先计算出太阳高度角按表B1查出太阳辐射等级数，再由太阳辐射
等级数与地面风速按表B2查找稳定等级。
相同。
注：地面风速（m/s）系指距地面10m高度处10min平均风速，如使用气象台（站）资料, 其观测规则与国家气象局编定的《地面气象观测规范》相同。
太阳高度角h o使用下式计算：
h。
arcsin sin sin cos cos cos 15t 300 .......... (B1)
式中：h o----太阳高度角，deg ；
----当地纬度，deg.;
入----当地经度；deg ;
t----进行观测时的北京时间；
d ----太阳倾角，deg,可按下式计算：
[0.006918 0.39912cos o 0.070257sin o 0.006758cos2 o
0.000907sin2 o 0.002697cos3 o 0.001480sin3 o]180/
式中：0 o----360d n/365, deg;
d n---- 一年中日期序数， 0、1、2、...... 364。
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大气静力稳定度判别
条件性不稳定也是一种 潜在不稳定。 条件性不稳定只要有局 地的热对流或动力因子 对空气抬升即可，因而 往往造成局地性的雷雨 天气。
对流性不稳定的气层形成积状云（对流云），甚至产生对流性降水。观测
表明，最可能产生强对流的是低层暖湿、高层干燥的具有条件性不稳定层结
的气层，其温度曲线和露点曲线呈现“喇叭口”性质。 对流层内全球平均位温随高度增加，故对干空气或未饱和湿空气而言，大 气层结的平均状态是稳定的。 在热带地区上空，对流层的中、低层（约700hPa以下）存在相当位温梯度
负值区，说明此处大气经常处于条件性不稳定状态或者对流性不稳定状态。
4 逆温层
01
02 03
辐射逆温
04 05 06
平流逆温
下层逆温
锋面逆温
地形逆温
湍流逆温
逆温层
定义：气层的温度随高度而增加，即 1、辐射逆温 晴朗夜晚由于地面长波辐射降温导致近地气层形成逆温层。逆温层的厚
0，这气层称为逆温层（阻塞层）。
在天气学中，用来判断对流运动发展与否； 在污染气象学中，有助于判断湍流发展与否。
气块法模型：
令气块离开平衡位置作微小的虚拟位移， 如果气块到达新位置后有继续移动的趋势，则此气层的大气 层结是不稳定的。它表明稍有扰动就会导致垂直运动的发展； 如果气块有回到平衡位置的趋势，则这种大气层结是稳定的； 如果气块既不远离平衡位置也无返回原平衡位置的趋势，而 是随遇平衡，就是中性的。
dw 0 ，说明若气块比周围（环境）空气冷时，可 2、当 T Te 时，则 dt 获得向下的加速度；
0 ，说明气块与周围（环境）空气无温差时， 3 、若 T Te 时，则 dt 气块的垂直加速度为零。
dw
2018/7/15
最新大气稳定度课件
大气稳定度课件第七章 大氣的不穩定度（Atmospheric Instabilities ） ● 7.1前言大氣中的水氣來自地表，而後經由平流輸送至相關地區，因而上升運動是形成天氣現象的先決條件之一。
而上升運動則取決於作用在單位氣塊上的力，以及環境大氣的不穩定程度。
至於大氣是否穩定則取決於它的熱力結構，動力結構或兩者組合後的條件，以及運動氣塊（air parcel ）與環境大氣之上述條件的對比。
簡單的說，運動後的氣塊是否會到原位是判斷大氣穩定與否的指標。
下圖中附箭頭的小球代表氣塊，半圓或平面則代表大氣。
由而見大氣的三種穩定狀態。
圖7-1 大氣穩定與否之示意圖本章即對此方面問題做進一步的討論。
● 7.2氣象學中的不穩定度在氣象學中，大氣是否穩定有兩種參考標準，1. 靜力不穩定度（static instability ）或流體靜力不穩定度（hydrostaticinstability ），又稱重力（gravitational ）不穩定或浮力（buoyant ）不穩定。
它是以氣塊上升後的溫度為參考標準；如高於新環境的氣溫就是不穩定，反之為穩定。
2. 動力不穩定度（dynamic instability ）或流體動力不穩定度（hydrodynamic instability ）。
它是以氣塊在環境流中，亦即在大氣波中的狀態為依據；如氣塊進入新環境後不能與該處的大氣波動相契合就是不穩定，反之就是穩定。
第一部份：靜力或流體靜力不穩定度兩者均可用氣塊法（parcel method ）測定之。
● 7.3靜力或流體靜力不穩定度環境（enviroment ） （enviroment ）氣塊 （air parcel ）1. 由)(P M M g F -=)(P g ρρ-= 單位容積i.e.，)(22P P g dtzd ρρρ-=…….（7.1）在絕熱（等熵）運動中，如果氣塊運動中其p P 始終與環境之P 相等，即P P P =，則θθρρPP P T T ==，所以)()(22θθθ-=-=P P g T T T g dt zd ……………………….（7.2）i.e.，氣塊垂直加速度22dt z d 0⎪⎩⎪⎨⎧<=>，取決於⎪⎩⎪⎨⎧<=>-0θθP 。
各种大气计算模式
大气稳定度分级常用的大气稳定度分类方法有帕斯奎尔(Pasquill)法和国标原子能机构IAEA 推荐的方法。
这里介绍的是中国现有法规中推荐的修订帕斯奎尔分类法（简记P ·S ），分为强不稳定、不稳定、弱不稳定、中性、较稳定和稳定六级。
它们分别表示为A 、B 、C 、D 、E 、F 。
确定等级时首先计算出太阳高度角按表B1查出太阳辐射等级数，再由太阳辐射等级数与地面风速按表B2查找稳定等级。
注：云量（全天空十分制）观测规则与现国家气象局编定的《地面气象观测规范》相同。
注：地面风速（m/s ）系指距地面10m 高度处10min 平均风速，如使用气象台（站）资料，其观测规则与国家气象局编定的《地面气象观测规范》相同。
太阳高度角h o 使用下式计算：()[]30015cos cos cos sin sin arcsin -++=λσψσψt h o .....................(B1)式中： h o ----太阳高度角，deg ； ψ----当地纬度，deg.； λ----当地经度；deg ；t----进行观测时的北京时间；σ----太阳倾角，deg ，可按下式计算：πθθθθθθσ/180]3sin 001480.03cos 002697.02sin 000907.02cos 006758.0sin 070257.0cos 39912.0006918.0[o o o oo o +-+-+-=式中： θo ----360d n /365，deg ；d n ---- 一年中日期序数，0、1、2、······364。
1.1.1.1 地形对烟羽的影响此前的扩散模式都假设地面是完全平整的（烟囱底部是一个无限大的水平面，其高程为0），因此在扩散过程中烟羽的中心线可保持水平不变。
但如果在预测点（x,y,z ）处，地面有一定的高程h T (0<h T >z)，则在对（x,y,z ）式应用以上模式时，应对有效烟羽高度进行一些修正。
大气环境质量标准
大气情况质量标准(1982年4月6日国务院情况掩护领导小组宣布 1982年8月1日实施）本标准是凭据中华人民共和国情况掩护法（试行）的规定，为控制和改进大气质量，创造清洁适宜的情况，防备生态破坏，掩护人民康健，促进经济生长而制订。
本标准适用于全国范畴的大气情况。
1 、标准的分级和限值1.1大气情况质量标准分为三级：一级标准为掩护自然生态和人群康健,在长期打仗情况下,&127 不产生任何危害影响的空气质量要求。
二级标准为掩护人群康健和都市、乡村的动、植物，在长期和短期打仗情况下,不产生伤害的空气质量要求。
三级标准为掩护人群不产生急、慢性中毒和都市一般动、植物（敏感者除外）正常生长的空气质量要求。
**“任何一次”为任何一次采样测定不许凌驾的浓度限值。
差别污染物“任何一次”采样时间见有关规定。
***“年日平均”为任何一年的日平均浓度均值不许凌驾的限值。
1.2.1总悬浮微粒（Ｔ.Ｓ.Ｐ），系指100微米以下微粒。
1.2.2飘尘，系指空气动力学粒径10微米以下的微粒，该项为参考标准。
1.2.3光化学氧化剂（Ｏ3），1小时均值每月不得凌驾一次以上。
2大气情况质量区的分别及其执行标准的级别2.1凭据各地区的地理、气候、生态、政治、经济和大气污染水平，确定大气情况质量分为三类：一类区为国度规定的自然掩护区、风物游览区、名胜奇迹和疗养地等。
二类区为都市筹划中确定的居民区、商业交通居民殽杂区、文化区、名胜奇迹和宽大农村等。
三类区为大气污染水平比力重的城镇和产业区以及都市交通枢纽、干线等。
2.2一类区由国度确定，二、三类区以及适用区域的地带范畴由本地人民政府规定。
2.3种种大气情况质量区执行标准的级别规定如下：一类区一般执行一级标准二类区一般执行二级标准三类区一般执行三级标准2.4凡位于二类区内的产业企业，应执行二级标准；凡位于三类区内的非筹划的居民区,应执行三级标准。
3监测要领3.13.2大气监测中的布点、采样、阐发、数据处理惩罚等具体要领和事情步伐，按国务院情况掩护领导小组办公室颁布的《情况监测标准阐发要领（试行）》的有关规定进行。
大气层结稳定度
（1）气层必须是上干、下湿。
（2）要有足够的抬升力，使整层抬升 达到饱和。
，
4． 判据 对流不稳定是整个气层抬升达到饱和时 产生的，只要抬升后的气层满足 s 的条件,对流不稳定就会出现. 而要满足上述条件，气层在抬升前又必 须是上干、下湿的特征 se 0 即 ： q A qB 必有 ：
dw 0 中性 dt 稳定
不稳定
（3-23）
表明：当 和 se 随高度分布而减小，是
四.不稳定能量与气层稳定度的类型 1.不稳定能量 把净浮力作用使得气块增加的能量，称为不 稳定能量。 ' p2 1 2 1 2 不稳定能量＝ 2 w2 2 w1 Rd p1 (T T )d ( ln p)
dt
dQ dT RT dp cp dt dt p dt
表明了单位质量空气,在单位时间内得（失）热
量与温度和气压变化之间的关系。
其中： d 为全微分算子 u v w dt t x y z
V全风速 u i vj wk V2 wk
五．对流不稳定
1．定义 P75 2．对流不稳定举例（图3-8 a）
注意点： 抬升前：
气层的层结为AB（ ）， 气层是稳定的 d （ d 为AO）。 气层上干下湿
q A qB
γs γ
γd γd
γ
整层抬升：
A点（气层的底层）湿，先达到饱和：先沿干绝 热线上升，到达抬升凝结高度（O点）后，再沿 湿绝热线上升（虚线）。 γs γ γd γd γ
中，内部状态随时间的变化。
t
2． 局地变化：
表示固定地点状态随时
间的变化。
3．平流变化： V
第五章 大气静力稳定度
ln(p00/p)
p4 p3 p2
T4 T2 T3 T1
T0
p1 p0
T
36
ln(p00/p)
p4 p3 p2
T4 T2 T3 T1
T0
p1 p0
T
37
? Γ越大，气层越不稳定，越小越稳定；当 Γ值很小， 甚至为负值（逆温层）时，对流或垂直运动难以发 展，气层成为阻挡层。
lnP P2
γ
P1
7
8
大气稳定度是表示大气层结对气块能否产生对流 的一种潜在能力的量度。必须注意，它并不是表示气 层中已经存在的铅直运动，而是用来描述大气层结对 于气块在受外力扰动而产生垂直运动时，会起什么影 响(加速、减速或等速 )。这种影响只有当气块受到外 界扰动后，才能表现出来。
9
1、静力稳定度是气块与气层互为作用的综合 结论；
? 多发生在夏季午后，一般时间较短，强度不大，但 有时也能产生大风、雷暴等激烈的天气现象
53
54
自由对流高度
55
? 曲线T0EFGH是夏季早晨探空曲线的一种典型形式， 近地面气层有逆温， EFG段是条件性不稳定。日 出之后，地面很快增温并通过湍流输送加热空气， 使贴近地面的气层变得超绝热。这个干绝热气层 不断向上扩展；
? 可见，低层湿度越大，越有利于对流的发展。
46
ln(p00/p)
p4
E
平衡高度
p3
B 自由对流高度
p2 Hc
p1 p0
T3T4
T2 T1T0
T
湿度影响：空气湿度越大，气层不稳定能量
面积越大，越有利于对流发展。
47
动力对流
由动力原因（气流的水平辐合、山地、 锋面对气流的强迫抬升等）引起的对流。
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大气稳定度分级
常用的大气稳定度分类方法有帕斯奎尔(Pasquill)法和国标原子能机构IAEA 推荐的方法。
这里介绍的是中国现有法规中推荐的修订帕斯奎尔分类法（简记P ·S ），分为强不稳定、不稳定、弱不稳定、中性、较稳定和稳定六级。
它们分别表示为A 、B 、C 、D 、E 、F 。
确定等级时首先计算出太阳高度角按表B1查出太阳辐射等级数，再由太阳辐射等级数与地面风速按表B2查找稳定等级。
注：云量（全天空十分制）观测规则与现国家气象局编定的《地面气象观测规范》相同。
注：地面风速（m/s ）系指距地面10m 高度处10min 平均风速，如使用气象台（站）资料，其观测规则与国家气象局编定的《地面气象观测规范》相同。
太阳高度角h o 使用下式计算：
()[]30015cos cos cos sin sin arcsin -++=λσψσψt h o .....................(B1)
式中： h o ----太阳高度角，deg ；
ψ----当地纬度，deg.；
λ----当地经度；deg ；
t----进行观测时的北京时间；
σ----太阳倾角，deg ，可按下式计算：
π
θθθθθθσ/180]3sin 001480.03cos 002697.02sin 000907.02cos 006758.0sin 070257.0cos 39912.0006918.0[o o o o
o o +-+-+-=
式中： θo ----360d n /365，deg ；
d n ---- 一年中日期序数，0、1、2、······364。