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[名词解释] 大气静力稳定度 static stability of atmosphere

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发表于 2008-7-9 01:27 | 显示全部楼层 |阅读模式
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。

所谓大气层结,是指大气温度和湿度在铅直方向的分布。

若周围大气温度和湿度的铅直分布,具有使受扰气块回到原来位置的趋势,则称大气是静力稳定的;若使受扰气块有继续远离原来位置的趋势,则称大气是静力不稳定的;若受扰气块既无回到原来位置又无远离原来位置的趋势,而是随遇而安,则称大气为中性稳定的。

静力稳定度的特点,取决于气块在运动过程中的温度变化,也依赖于周围大气温度的铅直分布。假设处于平衡状态下的一块干空气,它的温度、压力和密度与周围大气相同,当它受到某种冲击作用而作铅直运动时,不与周围大气混和,又不干扰周围大气,且在运动过程中和周围大气的气压处处相等。当干空气块绝热上升时,因绝热膨胀,气块温度下降,每上升单位高度温度下降的值通常称为气块的干绝热递减率或干绝热直减率,记为Γd。它近似为每100米高度温度下降1℃。

就气块周围的大气而言,其温度通常也随高度的增加而降低(若温度随高度的增加而升高,则这种铅直分布称为逆温,具有逆温层结的大气层,称为逆温层),每增加一个单位高度,温度下降的值称为大气的温度递减率或气温递减率、气温直减率、温度直减率,记为Γ 。它的大小因时因地而异,但就平均而言,大约为每100米高度温度下降0.65℃。由于Γ和Γo的大小不同,上升的气块达到某高度时同周围大气的温度便有了差异,于是对气块便有了净阿基米德浮力,在此力作用下,气块就具有继续离开或者回到原来位置的趋势。

当Γ >Γd时:气块上升,则其温度大于周围大气的温度;下降,则其温度小于周围大气的温度,即气块具有远离原来位置的趋势,这时,大气为不稳定的。当 Γ =Γd时:气块在上升或下降的过程中其温度始终与周围大气温度相同,即气块随遇而安,这时,大气为中性的。当Γ <Γd时:气块上升,则其温度小于周围大气的温度;下降,则其温度大于周围大气的温度,即气块具有回到原来位置的趋势,这时,大气为稳定的。

当气块经过某一特定过程而达到饱和的高度(即凝结高度)后,则由于潜热的释放使气块得到热量,这时,气块每上升一个单位高度其温度下降的值称为湿绝热递减率或湿绝热直减率,记为Γs,它小于Γd,且因气压和气温的不同而异。在实际大气中,如果Γ >Γd,则周围无论是干空气还是饱和湿空气,都是不稳定的,称为绝对不稳定;同理,如果 Γ <Γs,大气总是稳定的,称为绝对稳定;若ΓsΓ<Γd,则对干空气来说,大气是稳定的,但对饱和湿空气来说大气是不稳定的,这种不稳定称为条件不稳定。当气块只有上升到某一临界高度后才呈现不稳定的大气,称为潜在不稳定

  处于静力稳定状态的大气,若将该大气的气柱一直抬升到完全饱和时就呈现静力不稳定状态,则这种状态称为位势不稳定。在美国,此状态也称为对流不稳定

伍荣生

长春工程学院

21CMA编辑
发表于 2009-3-13 00:49 | 显示全部楼层
逆温通常伴隨大氣絕對穩定..
哪麼锋面逆温為什麼通常帶來雨水?是氣團水含量的問題?
发表于 2009-3-13 12:45 | 显示全部楼层

请LS看一下:http://www.21cma.net/thread-1631-1-4.html

下面补充一些:

锋面逆温是由于锋面上下冷暖空气的温度差异而形成的逆温。这种逆温层是随锋面的倾斜而成倾斜状态。又由于锋是从地面向冷空气方向倾斜的,因此,锋面逆温只能在冷气团所控制的地区内观测到。锋面逆温离地的高度与观测点相对于锋线的位置有关,距地面锋线越近,逆温层的高度越低;反之越高。锋面上暖气团中的温度露点差一般比锋面下冷气团中的要小些,当锋面上有凝结现象时,逆温层以上的温度露点差可以为零。

因此个人认为和干湿绝热以及水汽压因素有关,当然还和气团的温度与LS说的气团水含量的变化也有关,其中相关问题涉及锋生和锋消,低空辐合等等因素。

相关内容可以参考:http://www.21cma.net/thread-3148-1-2.html
发表于 2009-3-13 21:34 | 显示全部楼层
在一个气团内,尤其是在低纬度地区,对流层内,日间气温通常是低层到高层逐渐降低的。
但是,也不会出现特别大的垂直梯度。所以,根据干绝热和湿绝热,人们找出了垂直方向上的温度规律。
这样,可以推出假相当位温这个指标,来判断空间某点属于何种气团。
当气温出现逆温层时,基本没有对流过程,故不利于污染物的扩散。
在冬季晴天的夜间到清晨,这种情况较为多见,所以一般不推荐冬季早晨外出锻炼。
而当气温的垂直梯度过大时,对流过程会明显强于正常(相对于按照干湿绝热计算出来的情况),
这时候,就有一定几率出现闪电、冰雹等所谓“强对流天气”。
这种情况下,我们又可以用“抬升指数”来判断其出现强对流天气可能性的大小,而抬升指数就是依据气温垂直梯度来制定的。
一般而言,这种情况不容易出现在气温的正常日际变化中。
在夏季,出现强对流天气。原本受副高控制的地区,地面气温很高,
高空受到西风槽的影响,中空某层面气温出现降低时,气温垂直梯度增大,抬升指数就会升高,容易出现“午后热雷雨”。
有些地方称为“高空干入侵”,因为在东亚,冷气团通常是干性的。所以“干”入侵反而会诱发“雷雨”这样的看起来较“湿”的天气。
而如果某地被副高稳定控制,即使地面温度升到40多度,也照样晴空万里。
因为自上而下处于一个气团内,总有热力学机制来保证垂直温度梯度趋向于干湿绝热计算得出的结论。
所以,“午后热雷雨”,不光是“热”造成的。
而2月下旬长江中下游不少地区出现强对流天气时,850hPa以下都是逆温的。
这并不表示逆温层会导致不稳定天气,而是由于冷空气和副高的对峙导致水平方向上温度梯度很大,互相交错导致垂直方向上温度分布异常。
在850hPa以上,就会有垂直梯度较大,抬升指数较高的情况。这时逆温层较高,平原地区不容易产生“落地雷”,听到的大多是沉闷的雷声。
总而言之,逆温就容易导致对流减弱,温度梯度过大会导致对流增强,只是不同时间不同天气形势下,“逆温”和“强对流”出现的层面不同而已。

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发表于 2009-3-14 11:49 | 显示全部楼层
原帖由 dnt02 于 2009-3-13 00:49 发表
逆温通常伴隨大氣絕對穩定..
哪麼锋面逆温為什麼通常帶來雨水?是氣團水含量的問題?


其实说的简单些是跟锋面区域的强迫动力抬升有关。

又比如,在热带洋面上空大气层结基本是条件性不稳定的(即大气层结的垂直减温率小于干绝热垂直减温率,但大于湿绝热垂直减温率),因为近地面空气基本是未饱和的湿空气,所以大气层结是稳定的,不会自发的产生对流,这就要求在低层有一低压扰动,它所产生的动力辐合造成的强迫抬升致使低层未饱和空气上升,在湿空气上升达到饱和后就可以产生强烈的对流了。这就是热带气旋在形成之前首先要有一弱的热带低压扰动存在的原因所在了。

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发表于 2009-3-20 10:36 | 显示全部楼层
原帖由 zcc 于 2009-3-13 21:34 发表
在一个气团内,尤其是在低纬度地区,对流层内,日间气温通常是低层到高层逐渐降低的。
但是,也不会出现特别大的垂直梯度。所以,根据干绝热和湿绝热,人们找出了垂直方向上的温度规律。
这样,可以推出假相当位温 ...

在一般的教材上,我们经常会看到有这样的描述:对流层的主要特征-空气具有强烈的对流和乱流运动。这里对流运动形成的机理与我们在讨论大气稳定度时所指出的气温直减率越大越有利于对流运动的发展有什么关系吗?像笔者所提及的在低纬度地区,对流层内,日间气温通常是低层到高层逐渐降低的。但是,也不会出现特别大的垂直梯度,如果是这样的赤道午后的对流雨又是怎么回事?
发表于 2009-3-20 13:06 | 显示全部楼层
原帖由 yanjingshe 于 2009-3-20 10:36 发表

在一般的教材上,我们经常会看到有这样的描述:对流层的主要特征-空气具有强烈的对流和乱流运动。这里对流运动形成的机理与我们在讨论大气稳定度时所指出的气温直减率越大越有利于对流运动的发展有什么关系吗?像笔 ...

大气直减率越大,越有利于对流,差不多就是我说的意思,也就是垂直梯度大,造成对流强。
至于我说的低纬度,仅是在我国大陆范围内,受副高控制下的晴热不打雷时的状况。
在冷高压下,同样是如此。这些都是稳定气团下的表现。
而相对来说,高纬度因为冬季日照角度小,是无法达到足够直减率要求的。
至于赤道附近,本身气团就不稳定,小的扰动较多。
某一时刻升温,下一时刻就可能某个层面温度有所降低,就会出现大气直减率增大,出现强对流天气。

[ 本帖最后由 zcc 于 2009-3-20 13:07 编辑 ]
发表于 2009-3-20 13:13 | 显示全部楼层
原帖由 yanjingshe 于 2009-3-20 10:36 发表

在一般的教材上,我们经常会看到有这样的描述:对流层的主要特征-空气具有强烈的对流和乱流运动。这里对流运动形成的机理与我们在讨论大气稳定度时所指出的气温直减率越大越有利于对流运动的发展有什么关系吗?像笔 ...

首先,气温直减率大,大气垂直方向上受热就不均,密度差异比较明显,因此容易加剧大气对流,这个是大气垂直对流的动力机制。

对于赤道附近午后的热雷雨,首先需要认清的是:赤道附近并不处在副高的控制中(副高中心的下沉气流是不会导致降水的,导致降水一定是上升气流),而是处在辐合带附近,水汽比较丰富,露点比较高,因此大气本来就有不稳定的潜在因素,有时还存在一些扰动单体。

因此上午受到太阳炙烤,近地面的大气受热程度大,膨胀后密度减小,因此开始抬升。到了高空由于温度比较低,遇冷凝结成水汽,积云就开始慢慢形成。由于温度比较高,水汽压增大,更容易形成云。由于水汽充足,对流云发展十分旺盛,积云不断增厚,上层温度越来越低,其云顶可以抵达平流层,高度可达20公里左右,云顶上层可以形成冰晶(大致-80度)。云中水滴在高速气流中作激烈运动,分裂成一些带负电的较大颗粒和带正电的较小颗粒,后者同时被上升气流携带到高空,前者落在低空,这样正负两种电荷便在云层中被分离,从而出现雷电。
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发表于 2017-4-15 15:22 | 显示全部楼层
” 当Γ >Γd时:气块上升,则其温度大于周围大气的温度;下降,则其温度小于周围大气的温度,即气块具有远离原来位置的趋势,这时,大气为不稳定的。当 Γ =Γd时:气块在上升或下降的过程中其温度始终与周围大气温度相同,即气块随遇而安,这时,大气为中性的。当Γ <Γd时:气块上升,则其温度小于周围大气的温度;下降,则其温度大于周围大气的温度,即气块具有回到原来位置的趋势,这时,大气为稳定的。“

怎么判断有远离还是回到原来位置的趋势?连不起来,前一句和后一句的因果在哪里?
发表于 2017-4-20 16:37 | 显示全部楼层
喜欢氧气的猫 发表于 2017-4-15 15:22
” 当Γ >Γd时:气块上升,则其温度大于周围大气的温度;下降,则其温度小于周围大气的温度,即气块具有远 ...

很容易理解判断啊,暖空气本身就会上升,冷空气本身就会下沉。如果气块上升后仍然是相对的暖空气,那么继续上升,存在远离初始位置的趋势。按理类推。
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