第二章_大氣熱能與溫度

1、地球及大氣的熱狀況、溫度的分布和變化，制約著大氣運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，影響著云和降水的形成。因此，大氣的熱能和溫度成了天氣變化的一個(gè)基本因素，同時(shí)也是氣候系統(tǒng)狀態(tài)及演變的主要控制因子。本章介紹太陽(yáng)輻射、地球和大氣輻射，分析大氣增溫和冷卻過(guò)程，討論大氣溫度隨時(shí)間變化和空間分布的一般規(guī)律。第二章 大氣的熱能和溫度l 第一節(jié) 太陽(yáng)輻射 l 第五節(jié) 大氣溫度的空間分布l 第二節(jié) 地面和大氣輻射 l 第三節(jié) 大氣的增溫與冷卻l 第四節(jié) 大氣溫度的時(shí)間變化 l 思考題氣象學(xué)與氣候?qū)W第一節(jié) 太陽(yáng)輻射 自然界中一切物理過(guò)程和現(xiàn)象，乃至生命活動(dòng)和現(xiàn)象，都直接或間接地以輻射能為能源基礎(chǔ)，輻射能包括太陽(yáng)輻射、地面輻射和大氣輻射

2、。Visible light第二章大氣的熱能和溫度一、輻射基本知識(shí)第一節(jié) 太陽(yáng)輻射第二章大氣的熱能和溫度一、輻射基本知識(shí) 輻射：物體以電磁波或粒子流形式向四周傳遞或交換能量的方式，傳遞交換的能量為輻射能。基本特點(diǎn)如下： （i）任何物體均能發(fā)出和吸收輻射，吸收輻射升溫，反之降溫。 (ii) 物體溫度越高，輻射越強(qiáng)，波長(zhǎng)越短；反之輻射越弱，波長(zhǎng)越 (iii) 不同物體對(duì)不同波長(zhǎng)的輻射具有不同的吸收、反射和散射特性。 (iv) 輻射具有波粒二象性。 第一節(jié) 太陽(yáng)輻射第二章大氣的熱能和溫度一、輻射基本知識(shí) 輻射波動(dòng)性：輻射以電磁波形式傳播，波速(c)為光速，具有各種波長(zhǎng)()和頻率(f) ，會(huì)發(fā)生反射、

3、折射、散射和衍射等現(xiàn)象。主要結(jié)論如下： （i）輻射傳播無(wú)需介質(zhì)； (ii) 波長(zhǎng)與頻率成反比=c /f ； (iii) 短波輻射（如太陽(yáng)輻射）和 長(zhǎng)波輻射（如地面和大氣輻射）。 (iv) 電磁波譜，包括射線、射線、 紫外線、可見光、紅外線、無(wú)線電波等。 X-raysl 10nmUltraviolet (UV)10 l 400nmVisible0.4 l 0.7mNear-Infrared (Near-IR)0.7 l 3.5mMiddle-IR3.5 l 30mFar-IR30 l 100mMicrowave1mml1m電磁波譜第一節(jié) 太陽(yáng)輻射第二章大氣的熱能和溫度一、輻射基本知識(shí) 輻射的度量

4、dddsin積分得球體的球面弧度： 0200204sinddd（1）球面弧度（steradians, str） ： ddrdrrddsin/sin2球坐標(biāo)系中，半徑為r的球面上位于天頂角 和方位角 處的立體角微元d定義為： rdldd=dl/r第一節(jié) 太陽(yáng)輻射第二章大氣的熱能和溫度一、輻射基本知識(shí) 輻射的度量 （2）輻射強(qiáng)度（I）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于單位方向的單位面積（對(duì)球面坐標(biāo)系即單位立體角）的輻射能，亦稱輻射強(qiáng)度。單位為W m-2 ； I0lldII (3)寬帶輻射強(qiáng)度（I）：沿一定方向單位時(shí)間內(nèi)垂直通過(guò)單位立體弧度角單位面積的所有波長(zhǎng)(0)或波段（12）的輻射能，單位為W m-2 st

5、r-12121lllllldII；第一節(jié) 太陽(yáng)輻射第二章大氣的熱能和溫度一、輻射基本知識(shí) 輻射的度量lllIdIF2cos020 (4) 輻射通量（F）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積單位波長(zhǎng)的輻射能， 單位為W m-2 m-1。 （5）輻射通量與輻射強(qiáng)度的關(guān)系： 輻射通量（F）包括向下和向上兩部分： 和lFlFlllIdIF 2/020coslllIdIF 2/20cosIF第一節(jié) 太陽(yáng)輻射第二章大氣的熱能和溫度一、輻射基本知識(shí) 輻射的度量 (6) 寬帶輻射通量（F）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的所有波長(zhǎng)的輻射能，單位為W m-2。 lldFFlldFFlldFF第一節(jié) 太陽(yáng)輻射第二章大氣的熱能和溫度一

6、、輻射基本知識(shí) 輻射的度量 (7)平行光輻射條件下，輻射通量與輻射強(qiáng)度的關(guān)系：F平行光線Icos IFabc推導(dǎo)：若能量無(wú)損耗，則 F Sab=I Sbc F = I Sbc/Sab= I cos 物體對(duì)輻射的作用 Q0QrQdQa 反射率：r=Qr/Q0 吸收率：a=Qa/Q0 透射率：d=Qd/Q0 關(guān)系：r+a+d=1 規(guī)律：選擇性，即物體的吸收率、反射率和透射率大小隨著輻射的波長(zhǎng)和物體的性質(zhì)而改變。 黑體（Black body）：a=1, r=d=0 灰體(Gray body)：d=0, a=1-r第一節(jié) 太陽(yáng)輻射第二章大氣的熱能和溫度一、輻射基本知識(shí) 普朗克函數(shù)（The Planck

7、 Function）：黑體輻射強(qiáng)度I B (T ,)與其溫度(T)和輻射的波長(zhǎng)()之間具有如下的關(guān)系： 12),(/52TkhcBehcTIlllsmcJKkJsh/103;1038. 1;1063. 6812334 其中，h、k及c 依次為普朗克常數(shù)、Boltzmann常數(shù)及光速，第一節(jié) 太陽(yáng)輻射第二章大氣的熱能和溫度一、輻射基本知識(shí) 基爾霍夫(Kirchhoff)定律：推論1：任何物體在一定溫度(T)時(shí)對(duì)一定波長(zhǎng)()的放射強(qiáng)度I(,T)與其吸收率(aT)之比，只是溫度和波長(zhǎng)的函數(shù)，即 ),(),(TIaTIBTlll 推論2：任何物體在一定溫度（T）下對(duì)一定波長(zhǎng)（）的輻射強(qiáng)度IT等于其發(fā)射

8、率(eT)與黑體輻射強(qiáng)度I B(，T)之積，即 I(,T)= eTIB(，T)。第一節(jié) 太陽(yáng)輻射第二章大氣的熱能和溫度一、輻射基本知識(shí)任何物體在一定溫度(T)時(shí)對(duì)一定波長(zhǎng)()輻射的吸收率(aT)等于其在同溫度下對(duì)相同波長(zhǎng)輻射的放射率（e,T），即 TTeall Stefan-Boltzmann定律： 將普朗克函數(shù)I B (,T)對(duì)波長(zhǎng)()積分，得黑體寬帶輻射強(qiáng)度（BT），即 上式稱為Stefan-Boltzmann定律。表明物體溫度越高，其放射能力越強(qiáng)。lldTITIBB),()(04)(TTIFBT 因黑體輻射為各向同性，根據(jù)輻射通量和輻射強(qiáng)度的關(guān)系，得黑體輻射通量FT，為。 推論： 根據(jù)S

9、tefan-Boltzmann定律計(jì)算的溫度稱為等效黑體溫度或亮度溫度（Brightness temperature）TB。第一節(jié) 太陽(yáng)輻射第二章大氣的熱能和溫度一、輻射基本知識(shí) Wien定律： 黑體輻射的光譜強(qiáng)度（單色輻射能力）最大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)（m）與其熱力學(xué)溫度(T)成反比，TCml 其中，常數(shù)C=2897103 nm K 太陽(yáng)輻射(短波輻射): T=6000K, 則m=480nm; 地球輻射(長(zhǎng)波輻射): T=288K, 則m=10.1103nm;第一節(jié) 太陽(yáng)輻射第二章大氣的熱能和溫度一、輻射基本知識(shí)太陽(yáng)輻射地球輻射 太陽(yáng)常數(shù)(S0)： 當(dāng)日地平均距離時(shí)，大氣上界垂直于太陽(yáng)光線的單位面積

10、上單位時(shí)間內(nèi)獲得的太陽(yáng)輻射能量，稱為太陽(yáng)常數(shù)S0，S0=1380W/m2。 由于地球與太陽(yáng)間的天體運(yùn)動(dòng)，大氣上界的實(shí)際太陽(yáng)輻射強(qiáng)度是有所變化的。第一節(jié) 太陽(yáng)輻射第二章大氣的熱能和溫度二、太陽(yáng)輻射 太陽(yáng)光譜：ml6000K黑體光譜大氣上界太陽(yáng)光譜波長(zhǎng)范圍：0.15m4m可見光0.40.76m，50%；紅外線0.76m，43%；紫外線0.4m，7%。m4750ml.第一節(jié) 太陽(yáng)輻射第二章大氣的熱能和溫度二、太陽(yáng)輻射 太陽(yáng)輻射通過(guò)大氣層時(shí)的減弱：第一節(jié) 太陽(yáng)輻射第二章大氣的熱能和溫度二、太陽(yáng)輻射大氣對(duì)太陽(yáng)輻射有一定的吸收、散射和反射作用，因此，到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度要遠(yuǎn)小于太陽(yáng)常數(shù)。 太陽(yáng)輻射通

11、過(guò)大氣層時(shí)的減弱：第一節(jié) 太陽(yáng)輻射第二章大氣的熱能和溫度二、太陽(yáng)輻射大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收 選擇性：大氣只吸收特定波段的太陽(yáng)輻射。O2強(qiáng)烈吸收200nm、O3強(qiáng)吸收帶200nm320nm及弱吸收帶600nm、CO2主要吸收紅外線（2.5/4.3/14.7m）、H2O吸收紅光和紅外線，0.722m間有多個(gè)吸收帶,另外吸收帶包括23m、47m。 特點(diǎn)：大氣直接吸收太陽(yáng)輻射比例很小，約占19%。但是，大氣能強(qiáng)烈吸收地面紅外輻射，8103nm13103nm波段除外，該波段即所謂的“紅外窗口（IR Windows）”。紅外窗口 太陽(yáng)輻射通過(guò)大氣層時(shí)的減弱：第一節(jié) 太陽(yáng)輻射第二章大氣的熱能和溫度二、太陽(yáng)輻射

12、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的散射 定義：太陽(yáng)輻射遇到大氣分子或雜質(zhì)粒子等時(shí)轉(zhuǎn)向各個(gè)方向傳播； 特點(diǎn)： 分子散射（Rayleigh散射）：有選擇性。波長(zhǎng)越短，散射越強(qiáng)，故晴天為蔚藍(lán)色； 粒子散射（或米散射）：無(wú)選擇性。散射系數(shù)不隨波長(zhǎng)而變，又稱漫散，雨或霧天天空為乳白色正是米散射結(jié)果。 太陽(yáng)輻射通過(guò)大氣層時(shí)的減弱：第一節(jié) 太陽(yáng)輻射第二章大氣的熱能和溫度二、太陽(yáng)輻射大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的反射定義：太陽(yáng)光線遇到大氣中云層或較大尺度的顆粒時(shí)而改變傳播 方向；特點(diǎn)：無(wú)選擇性，平均反射率為5055。地-氣系統(tǒng)平均反射率 約30%，稱為行星反射率(Albedo) 云高越低，反射越強(qiáng)； 云量越多，反射越強(qiáng)； 云層越厚，反射越強(qiáng)

13、。aba=b 太陽(yáng)輻射通過(guò)大氣層時(shí)的減弱：第一節(jié) 太陽(yáng)輻射第二章大氣的熱能和溫度二、太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射減弱的定量表示：取決于大氣厚度和粒子含量，前者以大氣光學(xué)質(zhì)量(m)表示，后者以大氣透明度系數(shù)(P)表示。 a)大氣光學(xué)質(zhì)量m：以太陽(yáng)光通過(guò)大氣的路徑長(zhǎng)度與大氣層垂直厚度之比表示。隨太陽(yáng)高度角減小而增大。 h大氣質(zhì)量數(shù)大氣m=1h23425hmsin1 太陽(yáng)輻射通過(guò)大氣層時(shí)的減弱：第一節(jié) 太陽(yáng)輻射第二章大氣的熱能和溫度二、太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射減弱的定量表示： b)大氣透明度系數(shù)P：太陽(yáng)輻射透過(guò)一個(gè)大氣質(zhì)量數(shù)后，其強(qiáng)度與通過(guò)前的強(qiáng)度之比。101mmSSSSPh大氣質(zhì)透明度系數(shù)大氣m=1h2345S0S0

14、S0S0S0S1S2S3S4S5 整理得Bouguer-Lambert定律：mmPSS0 表明地表太陽(yáng)輻射強(qiáng)度隨P增大而增大、隨m增加而減小。Sm 到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射通量第一節(jié) 太陽(yáng)輻射第二章大氣的熱能和溫度二、太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射經(jīng)過(guò)大氣的吸收、反射和散射后，約有51%到達(dá)地面，這部分輻射包括兩部分：l 太陽(yáng)以平行光線的形式直接投射到地面上的，稱為太陽(yáng)直接輻射/Direct solar radiation (S) ；l 經(jīng)過(guò)大氣散射后投射到地面的，稱為散射輻射/Diffuse radiation (D)，兩者之和稱為總輻射/Total incoming solar radiation or In

15、solation (K)，即K = S+D 到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射通量第一節(jié) 太陽(yáng)輻射第二章大氣的熱能和溫度二、太陽(yáng)輻射太陽(yáng)直接輻射：以平行光線直接投射到地面上的太陽(yáng)輻射。直接輻射通量S為hPShSSmmsinsin0主要影響因素是太陽(yáng)高度角h和大氣透明度P。h地面太陽(yáng)直接輻射強(qiáng)度S大氣mS0SmhS地面 直接輻射有顯著的年變化、日變化和隨緯度的變化。 到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射通量第一節(jié) 太陽(yáng)輻射第二章大氣的熱能和溫度二、太陽(yáng)輻射太陽(yáng)散射輻射：散射輻射的強(qiáng)弱也與太陽(yáng)高度角及大氣透明度有關(guān)。太陽(yáng)高度角增大時(shí)，到達(dá)近地面層的直接輻射增強(qiáng)，散射輻射也就相應(yīng)地增強(qiáng)；相反，太陽(yáng)高度角減小時(shí)，散射輻射也弱；大氣透明

16、度不好時(shí)，參與散射作用的質(zhì)點(diǎn)增多，散射輻射增強(qiáng)；反之，減弱。云也能強(qiáng)烈地增大散射輻射。太陽(yáng)散射輻射也具有日和年變化，一日內(nèi)正午前后最強(qiáng)，一年內(nèi)夏季最強(qiáng)。 到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射通量第一節(jié) 太陽(yáng)輻射第二章大氣的熱能和溫度二、太陽(yáng)輻射太陽(yáng)總輻射：日變化：日出前，總輻射中只有散射輻射；日出后，直接輻射和散射輻射逐漸增加，但前者增加得較快；當(dāng)太陽(yáng)高度升到約等于8時(shí)，直接輻射與散射輻射相等；當(dāng)太陽(yáng)高度為50時(shí)，散射輻射值僅相當(dāng)總輻射的1020；到中午時(shí)太陽(yáng)直接輻射與散射輻射強(qiáng)度均達(dá)到最大值；以后二者又按相反的次序變化。年變化：總輻射強(qiáng)度（月平均值）夏季最大、冬季最小。地理分布：緯度愈低，總輻射愈大。反之就愈

17、小。太陽(yáng)高度角(h)對(duì)總輻射的影響 定義：太陽(yáng)光線與地表水平面之間的夾角，變化范圍090；hSS0A0 A太陽(yáng)光線地面 影響：若不考慮大氣影響，則地面太陽(yáng)輻射通量(S)與太陽(yáng)高度角(h)關(guān)系為hSSsin0特點(diǎn)： 日變化， h早晚最小，中午最大； 年變化，h冬至最小，夏至最大； 地理變化，h高緯度較小，低緯度較大。 計(jì)算公式：略總輻射的日、年變化總輻射的地理分布S0S1S0S2地面大氣大氣S20，地面升溫；夜晚Q*0，地面熱盈余；高緯度Q*0 ； 35N以北和35S以南， Qe*0。因此，為維持能量平衡，需將低緯地區(qū)盈余的熱量輸送至高緯地區(qū)，這種熱量的輸送主要是由大氣環(huán)流和海洋環(huán)流來(lái)完成。大氣

18、K*地面LSa地面有效輻射 L*= L - L = 390-324 = 66地面輻射差額 Q*=K* - L* = 168 - 66 =102大氣輻射差額Qa*=Sa+L*-L= 67+66-235= -102地氣系統(tǒng)輻射差額Qe*=Q*+Qa*=K*+Sa-L =168+67-235=0 全球年均地面太陽(yáng)輻射分布Annual global distribution of insolation (Kcal/cm2)全球年均地面輻射差額分布Annual global distribution of net radiation (Kcal/cm2)全球地-氣熱交換Global distributi

19、on of sensible heat 全球蒸發(fā)潛熱分布Global distribution of latent heat. 反射率不同 陸面反射率比水面的大約 1020；第三節(jié) 大氣的增溫和冷卻第二章大氣的熱能和溫度一、海陸的增溫和冷卻的差異 熱傳導(dǎo)差異 海水易流動(dòng)、熱傳導(dǎo)快； 蒸發(fā)量差異 海面蒸發(fā)遠(yuǎn)大于陸面蒸發(fā)； 熱容量差異 海水熱容量遠(yuǎn)大于陸地。 海陸熱力差異對(duì)大氣溫度影響 海陸熱力過(guò)程的差異決定了陸地上氣溫變化大而快，海洋上氣溫變化小而慢。因此，某地方氣溫的變化很大程度上取決于其是否臨近大片水域（海洋或湖泊等），而陸地對(duì)于一地區(qū)天氣和氣候的這種熱力影響稱為大陸度（Continenta

20、lity）。第三節(jié) 大氣的增溫和冷卻第二章大氣的熱能和溫度一、海陸的增溫和冷卻的差異第三節(jié) 大氣的增溫和冷卻第二章大氣的熱能和溫度二、空氣的增溫和冷卻空氣溫度反映了其內(nèi)能變化，可由熱量交換引起或外界壓力作功引起。前者氣溫變化稱為非絕熱變化(Diabatic process)，如輻射、分子/湍流傳導(dǎo)、對(duì)流/平流、蒸發(fā)/凝結(jié)潛熱；后者氣溫變化稱絕熱變化(Adiabatic process)，如絕熱膨脹（上升）/壓縮（下降）。絕熱壓縮升溫絕熱膨脹降溫（一）氣溫的非絕熱變化第三節(jié) 大氣的增溫和冷卻第二章大氣的熱能和溫度二、空氣的增溫和冷卻輻射（Radiation）：如前所述，近地面大氣對(duì)太陽(yáng)短波輻射直

21、接吸收很少，主要通過(guò)吸收地面有效輻射(L*)而增溫。白天隨著太陽(yáng)高度角增大， L*逐漸增大，氣溫隨之上升；夜晚隨地面溫度下降， L*逐漸減小，氣溫也隨之下降。第三節(jié) 大氣的增溫和冷卻第二章大氣的熱能和溫度二、空氣的增溫和冷卻熱傳導(dǎo)（Conduction ）：空氣與下墊面、相鄰空氣層之間，通過(guò)分子熱運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的熱量交換，又稱感熱交換/Sensible Heat Transfer (H)。單位時(shí)間里通過(guò)單位面積向上（下）輸送的熱量 H 為zTCkHVaTz其中，k為熱擴(kuò)散系數(shù)，CV為空氣定容比熱， 為氣溫垂直梯度a空氣密度。當(dāng) 0，向上輸熱；當(dāng) 0，則H0，向下輸熱。zT zT zT （一）氣溫的非

22、絕熱變化第三節(jié) 大氣的增溫和冷卻第二章大氣的熱能和溫度二、空氣的增溫和冷卻對(duì)流/平流（Convection/Advection）：空氣垂直運(yùn)動(dòng)/水平運(yùn)動(dòng)所引起的熱量輸送。若不考慮空氣的壓縮性，則對(duì)流（垂直）和平流（水平）引起的熱通量分別為TwCHTuCHVazVax其中，u和w分別為x和z方向的空氣運(yùn)動(dòng)速度。xzHx+Hx-uw（一）氣溫的非絕熱變化第三節(jié) 大氣的增溫和冷卻第二章大氣的熱能和溫度二、空氣的增溫和冷卻蒸發(fā)潛熱（Latent Heat Transfer (LE)：下墊面上水分（主要是海洋）蒸發(fā)時(shí)吸收其熱量，這部分熱量以潛熱形式隨水汽向上輸送，在高空當(dāng)水汽凝結(jié)時(shí)，潛熱釋放，從而大氣間

23、接地從下墊面或周圍空氣獲得熱量。（一）氣溫的非絕熱變化H=LE 其中，L為蒸發(fā)潛熱，J/kg，E為蒸發(fā)量mm， 為單位換算系數(shù)。凝結(jié)（凝華）（二）氣溫的絕熱變化第三節(jié) 大氣的增溫和冷卻第二章大氣的熱能和溫度二、空氣的增溫和冷卻 絕熱過(guò)程：任一氣塊與外界之間無(wú)熱量交換時(shí)的狀態(tài)變化過(guò)程，叫做絕熱過(guò)程(Adiabatic process) 。氣塊內(nèi)部沒有發(fā)生水相變化的絕熱過(guò)程，稱作干絕熱過(guò)程(Dry adiabatic process)。氣塊內(nèi)部有發(fā)生水相變化的絕熱過(guò)程，稱作濕絕熱過(guò)程(Wet adiabatic process)。 （二）氣溫的絕熱變化第三節(jié) 大氣的增溫和冷卻第二章大氣的熱能和溫度

24、二、空氣的增溫和冷卻干絕熱方程（ Poisson方程）：作功dW=PdVT0、P0 V0T、P V 熱力學(xué)第一定律：dQ = dU+dW 狀態(tài)方程：PV=RT 兩邊微分得 ：PdV+VdP=RdT 代入并整理得：dQ=CpdT-RTdP/p 定容比熱與定壓比熱關(guān)系：CP=CV+R熱流量 dQ內(nèi)能增量dU=CVdTdU286. 000PPTTPoisson方程：（二）氣溫的絕熱變化第三節(jié) 大氣的增溫和冷卻第二章大氣的熱能和溫度二、空氣的增溫和冷卻干絕熱直減率（ ）：干絕熱過(guò)程中，氣塊溫度隨高度的遞減率。dmCdzdTd100/98. 0zTTd0T0、P0T、Pz0T0zz0TzdTmCCgPd

25、100/98. 0所以：P*P證明：0PdPRTdTCPgdzP*RTP（二）氣溫的絕熱變化第三節(jié) 大氣的增溫和冷卻第二章大氣的熱能和溫度二、空氣的增溫和冷卻濕絕熱直減率（ ）：濕絕熱過(guò)程中，氣塊溫度隨高度的遞減率。dzdTmmdzdqCLsmPdm可證明：T0、P0T、Pz0T0zz0TzdTmTL蒸發(fā)潛熱，qs飽和比濕，因此，同時(shí)， 不是常數(shù)，是氣溫和氣壓的函數(shù)。0dzdqsdmm第三節(jié) 大氣的增溫和冷卻第二章大氣的熱能和溫度三、氣溫的個(gè)別變化和局地變化（一）氣溫的個(gè)別變化熱力學(xué)第一定律：dPPRTdTCdQP熱流量方程：dtdPPRTdtdTCdtdQP熱流率：dtdQ氣溫個(gè)別變化：表示

26、某一（運(yùn)動(dòng)）空氣質(zhì)點(diǎn)（微團(tuán)）氣溫隨時(shí)間的變化率。dtdPPCRTCdtdTPPTT+dTxzy0第三節(jié) 大氣的增溫和冷卻第二章大氣的熱能和溫度（二）氣溫的局地變化令 )(),(),(,(tztytxtTT zTwyTvxTutTdtdT故wdtdzvdtdyudtdx,由于， 為速度分量， dtdzzTdtdyyTdtdxxTtTdtdT對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，得氣溫局地變化：固定空間點(diǎn)處氣溫度隨時(shí)間的變化率， 。tTT(t,x,y,z)T+dTxzy0),(wvuV 三、氣溫的個(gè)別變化和局地變化第三節(jié) 大氣的增溫和冷卻第二章大氣的熱能和溫度zTwyTvxTudtdTtT氣溫局地變化：稱為氣溫局地變化。t

27、TzTw稱為對(duì)流變化（未考慮絕熱變化效應(yīng)）；yTvxTu稱為平流變化（取決于風(fēng)速和兩地溫差）；稱為氣溫個(gè)別變化（ 熱力學(xué)定律）；dtdTdtdPPCRTCdtdTPP結(jié)論：氣溫局地變化=個(gè)別變化+平流變化+對(duì)流變化三、氣溫的個(gè)別變化和局地變化（二）氣溫的局地變化-20C蒙古36小時(shí)后-10C蒙古平流變化： = -（10-（-20）= -30C個(gè)別變化：= -10-（-20）= 10C局地變化：= 10-30= -20C36小時(shí)后北京氣溫為T36=T0+T=10-20=-10北 京10C第三節(jié) 大氣的增溫和冷卻第二章大氣的熱能和溫度氣溫局地變化方程（考慮絕熱變化效應(yīng)）：pdCPgRTyTvxTu

28、tT平流（風(fēng)速）變化項(xiàng)對(duì)流-絕熱變化項(xiàng)熱流量變化項(xiàng)氣溫局地變化三、氣溫的個(gè)別變化和局地變化（二）氣溫的局地變化dtdP第三節(jié) 大氣的增溫和冷卻第二章大氣的熱能和溫度暖平流冷平流1809090cosTVTVyTvxTuhhhh溫度平流變化項(xiàng)：0tT0tT三、氣溫的個(gè)別變化和局地變化（二）氣溫的局地變化j vi uVhjyTixTTh第三節(jié) 大氣的增溫和冷卻第二章大氣的熱能和溫度dZTdTTT0TdZTdTT0 溫度垂直對(duì)流變化項(xiàng)：gPRTddtdP，其中0tT若上升，0，則00，則0tT若上升，0，則三、氣溫的個(gè)別變化和局地變化（二）氣溫的局地變化T T第三節(jié) 大氣的增溫和冷卻第二章大氣的熱能和

29、溫度dtdQCCPp1 溫度熱流變化項(xiàng)：若 dQ/dt 0，則 ，即局地氣溫升高；0tT若 dQ/dt 0，則 ，即局地氣溫降低；0tT三、氣溫的個(gè)別變化和局地變化（二）氣溫的局地變化第三節(jié) 大氣的增溫和冷卻第二章大氣的熱能和溫度（一）大氣靜力穩(wěn)定度概念四、大氣靜力穩(wěn)定度氣塊受任意方向擾動(dòng)后，返回或遠(yuǎn)離原平衡位置的趨勢(shì)和程度：不穩(wěn)定、穩(wěn)定、中性。大氣層z0z0+zz0-z第三節(jié) 大氣的增溫和冷卻第二章大氣的熱能和溫度（二）判斷大氣穩(wěn)定度的基本方法四、大氣靜力穩(wěn)定度直接判斷法z0z0+zTTTgTTggga1TTTTTTTT于是不穩(wěn)定中性穩(wěn)定第三節(jié) 大氣的增溫和冷卻第二章大氣的熱能和溫度四、大氣靜力穩(wěn)定度間接判斷法干空氣zTTzTT0d0z)(TTdT0z0zz0dT(a)(c)TT于是ddd