大气静力稳定度
大气的静力稳定度
大气的静力稳定度
大气的静力稳定度是指大气对垂直运动的抑制能力。
当大气处于静力平衡状态时，一个气块受到的空气浮力和自身重力相等，则会在垂直方向上处于一个平衡位置。
当受到外力（动力或热力）的作用，气块会偏离平衡位置产生向上或向下的垂直运动。
这种偏离平衡位置的垂直运动能否继续发展，是由大气温度和湿度的垂直分布所决定的。
大气的静力稳定度有三种状态：不稳定、稳定和中性。
当气温垂直递减率γ>-1℃/100m时，大气呈不稳定状态，空气微团容易上升；当γ=-1℃/100m 时，大气呈中性状态，空气微团可以上下自由运动；当γ< -1℃/100m时，大气呈稳定状态，空气微团不易上升。
大气的静力稳定度对天气变化和气候的形成有重要影响。
例如，在早晨或晚上地面气温较低时，大气的静力稳定度较大，空气不易上升，因此污染物不易扩散；而在中午或下午地面气温较高时，大气的静力稳定度较小，空气容易上升，污染物容易扩散。
此外，大气的静力稳定度也会影响降水、雷暴等天气现象的发生和发展。
总之，大气的静力稳定度是大气的一个重要的特征参数，它对气象学研究和气象预报具有重要意义。
《大气污染控制工程》重要知识点汇总五
《大气污染控制工程》重要知识点汇总五121.大气静力稳定度大气静力稳定度是大气在静力作用下铅直方向的稳定程度。
某一气块受力作用产生向上或向下的运动以后可能有3种情况：运动逐渐减速，并有返回原位的趋势；运动逐渐加速，呈远离原位的趋势；运动既不加速，也不减速，可随处保持平衡。
第一种情况为大气稳定状态，第二种情况为不稳定状态，第三种情况称其为中性状态。
122.逆温大气温度层结一般是γ＞0，即气温随高度增加而降低，但在某些条件下也会出现γ=0或γ＜0。
通常将温度随高度增加而升高的空气层称为逆温层。
逆温层内空气铅直对流很弱，不利于污染物扩散。
高于地面的逆温层会阻挡下方的污染物向高空扩散。
所以空气污染事件大多数与逆温和静风等气象条件有关。
123.辐射逆温由于地表强烈辐射冷却形成的逆温。
晴朗少云、风速不大的夜晚，地表很快因辐射而降温，空气自下而上被冷却。
近地面空气降温多，远地面空气降温少，因而形成自地面起的逆温层。
日出后太阳辐射逐渐增强，地表升温，逆温层便自下而上逐渐消失。
辐射逆温在陆地上常年可见，冬季白天也可能出现。
在中纬度地区的冬季，辐射逆温层厚度可达200～300 m，有时可达400 m左右。
辐射逆温与大气污染关系最为密切。
124.下沉逆温由于空气下沉时受到压缩而引起的逆温。
高压区内某一空气团出现下沉运动，气压逐渐增大，气层在水平方向辐散，厚度减小。
由于气层顶部下沉距离比底部下沉距离大（H＞H′），绝热压缩升温程度比底部升温高，因而出现逆温，下沉逆温范围广、厚度大、持续时间长，一般出现在高空。
冬季下沉逆温与辐射逆温相结合，会形成很厚的逆温层。
125.平流逆温暖空气平流到冷地面上，下层空气受地面影响大，降温多，上部降温少，因而形成逆温。
海上暖空气平流到陆地上，或暖空气平流到低地，盆地聚集的冷空气上方，都可能形成平流逆温。
126.湍流逆温低层空气由于湍流混合，在混合层的上方形成逆温层。
在下部湍流混合层与上部未发生湍流混合层之间形成温度过渡的逆温层。
大气科学基础课件§5大气静力稳定度
midnight
Open question 2: How is the seasonal evolution of the air instablity?
neutral
stable
unstable
winter
Spring and autumn
summer
• 不稳定能量
• 对流不稳定及位势不稳定
(3) γs <γ<γd ，对未饱大气，层结是稳定的；但对于 饱和湿空气而言，则是不稳定的，称为“条件不 稳定”
为了区别与后来提出的“第二类条件不稳定 ”(CISK-Conditional Instability of Second Kind)，这 里的条件不稳定又被称为“第一类条件不稳定”
• 绝对稳定
向相反，表明气层层结稳定。
如果气块是干空气，或者是未饱和的湿空气
i
dT dz
d
静力稳定度判据为：
> γ = γd
<
静力不稳定 静力中性 静力稳定
• 条件不稳定
✓ 实际大气中，除了贴地气层以外，γ>γd的干绝 热不稳定是很少出现的；
✓ 饱和湿空气由于凝结潜热的释放，使气块受到的
浮力增加，即使在γ>γd的情况下，也可能出现不稳 定；
• 逆温层的作用
✓ 强对流爆发前夕，在中 低层常有逆温层的存在；
✓ 阻止水汽、热量上传， 使其在低层不断积累；
✓ 一旦逆温层被破坏（通 过地面加热、整层抬升等） ，强对流天气便会发生。
思考题
1. What is “absolutely stable”? 2. What is “absolutely unstable”? 3. What is “conditionally unstable”? 4. What is “conventionally unstable”? 5. What is dry adiabatic process and moist
大气静力稳定度判别
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。
或超过热对流下限温度，那么当天气温就可能达到或超过对流下限温度，产
生热雷雨可能性比较大。
（4）挟卷过程对稳定度影响
观测表明，对流云内的温度递减率一般 都大于湿绝热降温率而与云外温度递减率 接近；云内含水量也比按绝热过程计算的 小；云顶高度则比计算的低。
这说明对流云的发展不是孤立的，云内
外空气有强烈的混合，云外空气进入云内 的过程通常称为挟卷过程。
T g ( d ) d T z T z c p
此判据能定性的反 映对流发展的基本条件，
se se ( ss ) z T
广泛应用在天气预报、
云雾物理及相关的污染 气象学的研究中。
2018/7/15
2 条件性不稳定 01
因此很重要
（1）未饱和情况及下沉逆温
若气层升降过程中始终保持未饱和状态时，稳定度的变化
（1） ΓV 1
γd
大气中通常是这种层结，讨论重点内容。当整层气层下沉
且伴随有横向扩散（水平辐散）时，例如北半球反气旋，气层趋向稳定，甚
至可能形成逆温层；若整层气层被抬升且伴有水平辐合时，例如北半球气旋， 气层稳定度减小。 （2） ΓV 1 不变。 （3）
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。
大气科学基础课件§5大气静力稳定度
对饱和湿空气而言
'
dT dz
s
静力稳度定判椐为：
>
静力不稳定
γ = γs <
静力中性 静力稳定
综合未饱和及饱和湿空气的静力稳定度判椐，有以 下3种情况：
(1) γ> γd ，对未饱和以及饱和大气，层结均不稳定 ，称为“绝对不稳定”；
(2) γ< γs ，对未饱和以及饱和大气，层结均稳定， 称为“绝对稳定”
在实际天气预报中，以下几种情况常值得注意： ✓ 在高层冷中心或冷槽与低层暖中心叠置的区域，
可能会有雷暴的发生；
✓ 冷锋过山时，若背风坡低层由暖湿空气控制，常 有雷暴的发生（夏季太行山东侧常出现此情形）
✓ 高层干平流与低层湿平流叠置的区域，常有雷暴 发生；
✓ 冷空气入侵后，如果低层有浅薄热低压接近或者 有显著的暖平流时，容易诱发雷暴发生。
• 逆温层的作用
✓ 强对流爆发前夕，在中 低层常有逆温层的存在；
✓ 阻止水汽、热量上传， 使其在低层不断积累；
✓ 一旦逆温层被破坏（通 过地面加热、整层抬升等） ，强对流天气便会发生。
思考题
1. What is “absolutely stable”? 2. What is “absolutely unstable”? 3. What is “conditionally unstable”? 4. What is “conventionally unstable”? 5. What is dry adiabatic process and moist
(1) 开始时气块的上下端 都按照干绝热上升
(2) 由于气层底部湿度较
P
大而先达到饱和状态
，按湿绝热上升，温
大气静力稳定度判别
注意：大气层结稳定度只是用来描述大气层结对于气块的垂直运动起什么影 响（加速、减速或等速）的一个概念，
这种影响只有当气块受到外界的冲击力以后才能表现出来，它并不表示 大气中已经存在的垂直运动状态
4
1 大气静力稳定度判定法（气块法）
（1） 基本判别式 （2） 静力稳定度判据
5
19
ln p
ln p
ln p
+ s
-F
LCL d
s - LCL
d
+ s
自由对流高 度LFC
CCL
d
潜在不稳定 T 绝对稳定
T 绝对不稳定 T
潜在不稳定型：上升气块路径（状态）曲线与层结曲线有几个交点，既有正面积，又有负 面积。对流有效位能大于对流抑制能量，是真潜不稳定型；反之为假潜不稳定型；
绝对稳定型：上升气块路径（状态）曲线始终在层结曲线左边，全部是负面积区，即全部 是对流抑制能量CIN；
绝对不稳定型：上升气块路径（状态）曲线始终在层结曲线右边，全部是正面积区，即全 部是对流有效位能CAPE；
20
（3）热雷雨的预报
热雷雨是指气团内因下垫面（森林、沙地、湖泊）受热不均匀，由热力抬升 作用形成的雷雨。
图5.6是一个向阳坡地上热力对流气块-“热泡”形成和上升的示意图，热泡 用等位温线表示。热泡在浮力作用下不断从源地脱开，漂浮于空气中，并不断 和外界空气混合。当大气处于不稳定或潜在不稳定而且低层大气具有充沛的水 汽时，这些“热泡”就能不断上升膨胀增大，达到凝结高度以上形成为积云胚 胎。
2、层结大气所具有的这种影响垂直运动的特性称为大气静力稳定度，也称 层结稳定度
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。
大气静力稳定度matlab
大气静力稳定度matlab1.引言1.1 概述大气静力稳定度是指在大气中物体在静止状态下受到的稳定力的性质和特征。
它是研究大气环境中物体静力平衡的重要参数，能够描述物体在大气中受到的平衡力的大小和方向。
了解大气静力稳定度对于设计和工程领域具有重要意义。
在很多工程项目中，如高层建筑、桥梁、天线塔等，大气静力稳定度都是必须要考虑的因素。
它直接关系到建筑物的结构安全和稳定性。
如果大气静力稳定度不足，建筑物在强风、地震等外力的作用下可能发生倾斜、破坏甚至坍塌的情况。
因此，了解大气静力稳定度的概念和计算方法对于工程结构的设计和风险评估具有重要意义。
本文将首先介绍大气静力稳定度的概念和意义，包括对其进行定义和解释，以及在实际工程中的应用场景和意义。
随后，文章将详细探讨大气静力稳定度的计算方法，涵盖了基本的理论原理和数学模型。
通过对大气静力稳定度的计算，可以对工程结构的稳定性进行评估和预测，从而采取相应的措施来确保其安全性和可靠性。
最后，本文将进行总结，并展望大气静力稳定度的应用前景。
大气静力稳定度的研究不仅对于目前的工程项目具有重要影响，也对于未来的建筑设计和风险评估提供了新的思路和方法。
希望通过本文的研究，能够为相关工程领域的专业人士提供有益的参考和指导，促进建筑安全和可持续发展的进程。
1.2文章结构文章结构的设计对于一篇文章的组织和阅读具有重要的指导作用。
本文的文章结构如下：1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的2. 正文2.1 大气静力稳定度的概念和意义2.2 大气静力稳定度的计算方法3. 结论3.1 总结3.2 对大气静力稳定度的应用前景展望在本文中，文章结构的设计旨在以一种清晰有序的方式呈现所述内容，使读者能够更好地理解大气静力稳定度的概念和意义，了解其计算方法，并对其应用前景展望进行总结。
1.3 目的本文的主要目的是研究和分析大气静力稳定度的计算方法，并探讨其在实际应用中的意义和潜在前景。
大气静力稳定度
气象服务可以为农业种植提供专业的 大气静力稳定度监测和预报服务，帮 助农民科学种植，提高农业生产效益。
大气静力稳定度会影响作物的生长和 发育，进而影响农业产量和品质。
感谢观看
THANKS
特性
大气静力稳定度决定了大气的对流特 性，影响天气变化和气候的形成。
大气静力稳定度的影响因素
温度
风速
温度梯度是大气静力稳定度的主要影 响因素，温度梯度越大，大气的静力 稳定性越差。
风速对大气静力稳定度的影响较小， 但风速较大时，可以改变温度和湿度 的梯度，从而影响大气的静力稳定性。
湿度
湿度梯度对大气静力稳定度也有影响， 湿度梯度越大，大气的静力稳定性越 差。
利用四维数据同化技术，将不同时刻、不同地点的观测数据与模型数据进行融 合，提高大气的静力稳定度分析的时空分辨率。
06
大气静力稳定度的实际应用
天气预报
天气预报是利用大气静力稳定 度等气象参数来预测未来天气 变化的过程。
大气静力稳定度决定了大气的 对流能力，对天气预报的准确 性具有重要影响。
在预报雷暴、降水、大风等对 流天气时，需要特别关注大气 静力稳定度的变化情况。
大气静力稳定度的分类
绝对不稳定
当大气的温度随高度增加而升高时，称为绝对不稳定。这种情况 下，空气容易发生对流，形成上升气流。
绝对稳定
当大气的温度随高度增加而降低时，称为绝对稳定。这种情况下， 空气不易发生对流，形成下沉气空气 的对流特性不明显。
空气质量预测与管理
空气质量预测是利用大气静力稳定度等气象条件 来预测未来空气质量状况的过程。
大气静力稳定度会影响污染物的扩散和稀释，进 而影响空气质量。
在制定空气质量管理措施时，需要考虑大气静力 稳定度的状况，以采取有效的应对措施。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一.问题的引入
对大气静力能见度的分析研究是天气分析预报工作 的一项重要内容。 如各种雾，层状云，连续性降水等都在较为稳定的 大气中发生； 对流云，阵性降水以至于龙卷，雷电和冰雹等强对 流天气现象，都是在不稳定的大气中发生。
二.知识点介绍
Pro.什么是大气静力稳定度?
大气静力稳定度（static stability of atmosphere） ， 表示大气层结 特性对气块铅直位移影响的趋势和程度，又称大气层结稳定度和 大气铅直稳定度。
z
dz
T,P,ρ
T， P， ρ
Z0
T0，P0，ρ 0
T0， P0， ρ0
（1）未饱和气层
气块经垂直位移△Z后 温 度为：T T0 dz
气层在垂直位移△Z处的 气温为：
T T0 z
dw g ( d ) z dt Tv
可见，对于作干绝 热运动气体来说， 大气层结稳定度取 决于与 的对比
微气层静力稳定度的判据
基本判别式： dw a (ρ 1) g dt ρ 将状态方程带入，并利用准静态条件 p p 上式可变为： dw T T g
dt Tv
由此可见，气块是否获得加速度 与气块温度和环境温度的差 T T 有关
↑ ↓ ↑↑
v
a
v
a
a=0
↑
气块法
假定：1）气层始终静止；2）气块是个封闭 绝热系统；3）满足准静力条件。
绝对稳定气层
条件不稳定气层
绝对不稳定气层
m
d
六.参考资料
1.沈春康, 大气热力学. 气象出版社, 1983 2.网上资料
七.好的想法
认真看书+总结归纳
处于静力平衡状态的大气中，一些空气团块受到动力因子或热力因子的 扰动，就会产生向上或向下的垂直运动。这种偏离其平衡位置的垂直运动能
否继续发展，是由大气层结所决定的。层结大气所具有的这种影响垂直运动 的特性称为大气的静力稳定度，也称层结稳定度。 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。 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。
概念分析
1、大气层结是指大气中温度和湿度的垂直分布。
2、大气层结稳定度简称大气稳定度，是指大气层结是否有利于对流， 湍流运动发展的度量。分为静力稳定度和动力稳定度。
3、大气（层结）静力稳定度
在处于静力平衡的气层中，假设一些空气团块产生了垂 直运动，如果大气层结促进这种偏离其平衡位置的垂直 运动的发展，则称该气层的大气层结是静力不稳定的； 相反，如果抑制这种垂直运动的发展，则称该气层的大 气层结是静力稳定的；如果既不促进也不抑制，则称该 气层的大气层结是中性的。
d
-㏑PγdγFra bibliotekTγγd T
＜
d
稳定大气
-㏑P
＞ 不稳定大气
d
γd
γ T
＝
d
中性大气
同样，可以利用气层位温的垂直变化率作为 未饱和气层稳定度的判据
（d ） Z T 成正比
（2）饱和气层
含液态水的饱和气层
> = <
m
不稳定 中性 稳定
不含液态水的饱和气层 气块绝热上升时温度按湿绝热直减率变化；下降时按干绝热 直减率变化
三.重难点问题
对微气层静力稳定度的判断：
1.干绝热直减率和位温的垂直变化率（未饱和气层）
2.湿绝热直减率和假相当位温垂直变化率（饱和气层）
四.问题的思考
1.判断气层状态（未饱和，饱和（含液态水，不含液态水）） 2. γ与
和
d
m
的比较
五.知识图谱
饱和且含液态水，不稳定 饱和且含液态水，中性 饱和不含液态水， 饱和不含液态水， ↑不稳定 ↑中性， ↓中性 ↓稳定 未饱和，中性 未饱和，稳定 饱和且含液态水：不稳定 饱和不含液态水： ↑不稳定 ↓稳定 未饱和，稳定