第四章-大气的热力学过程课件

气温非绝热变化气温非绝热变化空气与外界有热量交换，称为非绝热变化；空气与外界有热量交换，称为非绝热变化；气温绝热变化气温绝热变化空气与外界没有热量交换，称为绝热变化。空气与外界没有热量交换，称为绝热变化。垂直运动（绝热变化）垂直运动（绝热变化）水平运动（非绝热变化）水平运动（非绝热变化）气块（团）气块（团）一、大气垂直运动中的热力学过程一、大气垂直运动中的热力学过程 气温非绝热变化空气与外界有热量交换，称为非绝热变化；1（一）气温的非绝热变化：一）气温的非绝热变化：空气与外界有热量交换，热量交换方空气与外界有热量交换，热量交换方式主要有五种：式主要有五种：1.1.热传导热传导：依靠分子的微观热运动依靠分子的微观热运动来传递热量。空气密度小，导热系数小，来传递热量。空气密度小，导热系数小，所以分子热传导只能影响到紧贴地面的所以分子热传导只能影响到紧贴地面的一薄层，对较大规模的热量传递来讲可一薄层，对较大规模的热量传递来讲可忽略不计。忽略不计。（一）气温的非绝热变化：空气与外界有热量交换，热量交22.2.辐射：辐射：辐射是地面和大气之间热辐射是地面和大气之间热量传递的主要方式，但在完全没有量传递的主要方式，但在完全没有空气运动时，地面辐射传热所及的空气运动时，地面辐射传热所及的高度也只是离地面较近的气层内。高度也只是离地面较近的气层内。2.辐射：辐射是地面和大气之间热量传递的主要方式，但在完全3 因空气块运动而进行的热量交换。按因空气块运动而进行的热量交换。按促使空气运动的不同原因可分对流、促使空气运动的不同原因可分对流、湍流湍流 3 3、.对流对流：对流层中热量由低层向：对流层中热量由低层向高层传送的重要方式。大气层不稳定高层传送的重要方式。大气层不稳定时，对流热交换的高度可达对流层顶。时，对流热交换的高度可达对流层顶。对流在夏季和午后较强，而冬季和清对流在夏季和午后较强，而冬季和清晨较弱。晨较弱。因空气块运动而进行的热量交换。按促使空气运动的不同原因可4n4 4、湍流湍流：空气的不规则运动空气的不规则运动称湍流。称湍流。湍流交换的热量远远大湍流交换的热量远远大于分子传导交换的热量。湍流不于分子传导交换的热量。湍流不仅在热交换中起重要作用，蒸发、仅在热交换中起重要作用，蒸发、扩散等的大小也取决于湍流运动扩散等的大小也取决于湍流运动4、湍流：空气的不规则运动称湍流。湍流交换的热量远远大于55 5、蒸发（升华）和凝结（凝华）水在蒸发（或冰在升华）时要吸收热量；相反，水汽在凝结（或凝华）时，又会放出潜热。如果蒸发（升华）的水汽，不是在原处凝结（凝华），而是被带到别处去凝结（凝华），就会使热量得到传送。热量传递和蒸发使大气获得热量，引起大气的温度变化。这是大气温度变化的一个方面，叫非绝热变化5、蒸发（升华）和凝结（凝华）6（二）气温的绝热变化（二）气温的绝热变化 n n1、绝热过程与泊松方程：、绝热过程与泊松方程：当当一个孤立系统得到一个孤立系统得到dQdQ热量后，一部分用热量后，一部分用于增加内能于增加内能dEdE，另一部分用于气体体积，另一部分用于气体体积膨胀，克服外压强作功膨胀，克服外压强作功dwdw；dQ=dE+dwdQ=dE+dw 当当气气压压不不变变时时,气气体体体体积积不不变变，叫叫等等容容过过程程，作作功功为为零零。增增加加的的热热量量全全部部用用来来提提高温度增加内能，此时高温度增加内能，此时（二）气温的绝热变化 1、绝热过程与泊松方程：7可以证明：可以证明：n n 或或或或上式是热力学第一定律在气象中的常用形式。该式说明：气块的温度变化与外界所施热量有关，得热增温；失热降温。气块的温度变化与气压变化有关。当所施热量一定时，体积被压缩，增温剧烈，体积膨胀消耗热量，升温缓慢，或降温可以证明：8绝热过程：绝热过程：当当 dQ=0dQ=0时（时（2.292.29）式将成为：）式将成为：a a、干绝热过程干绝热过程 ：干空气和未饱和湿空气：干空气和未饱和湿空气做垂直升降运动时，称为干绝热过程。做垂直升降运动时，称为干绝热过程。干绝热方程干绝热方程 （泊松方程）（泊松方程）对对（2-302-30）式式从从初初态态（T T0 0、P P0 0）到到终终态（态（P P、T T）积分可得干绝热方程：）积分可得干绝热方程：干干绝绝热热过过程程中中，温温度度变变化化完完全全取取决决于气压的变化。于气压的变化。Cp=1.005 J/gKR=0.287J/gK绝热过程：Cp=1.005 J/gK92、干绝热直减率和湿绝热直减率、干绝热直减率和湿绝热直减率1）、干绝热直减率）、干绝热直减率干绝热干绝热过程中气块温度随高度的变化叫干过程中气块温度随高度的变化叫干绝热减温率。用绝热减温率。用 表示表示。按定义按定义可推导得（过程略）可推导得（过程略）可推导得（过程略）可推导得（过程略）：d d d d=0.98=0.98=0.98=0.98/100m/100m/100m/100m 气象工作中常把气象工作中常把d d看作常数看作常数,近似有近似有 d d=1=1 /100m/100m 说明在干绝热过程中，气块每上升说明在干绝热过程中，气块每上升100100米，米，气温约下降气温约下降1 1 2、干绝热直减率和湿绝热直减率1）、干绝热直减率干绝热过程10n n必须注意：必须注意：d d 与与（气温直减率）的（气温直减率）的含义是完全不同的。含义是完全不同的。d d 是干空气在绝是干空气在绝热上升过程中气块本身的降温率，它近热上升过程中气块本身的降温率，它近似于常数；而似于常数；而是表示周围大气的温度是表示周围大气的温度随高度的分布情况。大气中随地随高度的分布情况。大气中随地-气系气系统之间热量交换的变化，统之间热量交换的变化，可有不同数可有不同数值，即可以大于、小于或等于值，即可以大于、小于或等于d dn n如果气块的起始温度为T0，干绝热上升Z 高度后，其温度T 为n n T=TT=T0 0-dZ-dZ必须注意：d 与（气温直减率）的含义是完全不同的。d 112）湿绝热直减率）湿绝热直减率n n 饱和湿空气绝热上升时，如果只是膨胀降温，亦应每上升100m 减温1。但是，水汽既已饱和了，就要因冷却而发生凝结，同时释放凝结潜热，加热气块。n n所以饱和湿空气绝热上升时因膨胀而引起的减温率恒比干绝热减温率小。饱和湿空气绝热上升的减温率，称为湿绝热直减率，以m m 表示。2）湿绝热直减率 饱和湿空气绝热上升时，如果只是膨胀降12n n饱和湿空气的垂直运动过程称为湿绝热饱和湿空气的垂直运动过程称为湿绝热过程。过程。n n湿绝热方程湿绝热方程：说明：饱和湿空气上升时，温度变化是由说明：饱和湿空气上升时，温度变化是由两方面作用造成的两方面作用造成的 气压降低膨胀作功，气压降低膨胀作功，潜热释放使气块增加热量。潜热释放使气块增加热量。这两项作用相反，所以湿绝热过程的这两项作用相反，所以湿绝热过程的减温率比干绝热过程小。减温率比干绝热过程小。饱和湿空气的垂直运动过程称为湿绝热过程。13n n湿绝直减率m 的表达式可写成：n n因为 总有湿绝直减率m 的表达式可写成：14第四章-大气的热力学过程课件15n n左图为干、湿绝热线的比左图为干、湿绝热线的比较，干绝热线直减率近于较，干绝热线直减率近于常数，故呈一直线；而湿常数，故呈一直线；而湿绝热线，因绝热线，因mmdd，故，故在干绝热线的右方，并且在干绝热线的右方，并且下部因为温度高，下部因为温度高，m m 小，小，上部温度低，上部温度低，m m 大，这大，这样形成上陡下缓的一条曲样形成上陡下缓的一条曲线。到高层水汽凝结愈来线。到高层水汽凝结愈来愈多，空气中水汽含量便愈多，空气中水汽含量便愈来愈少，愈来愈少，m m 愈来愈愈来愈和和d d 值相接近，使干、值相接近，使干、湿绝热线近于平行。湿绝热线近于平行。左图为干、湿绝热线的比较，干绝热线直减率近于常数，故呈一直线163.位温和假相当位温引入位温的意义：比较不同气块间的热力引入位温的意义：比较不同气块间的热力性质。性质。定义：把不同高度的气块按干绝热过程移定义：把不同高度的气块按干绝热过程移动到动到10001000百帕等压面，气块在这个高度百帕等压面，气块在这个高度的温度称为位温，用的温度称为位温，用表示。表示。表达式：表达式：式中，T、P 分别为干绝热过程起始时刻的温度和气压3.位温和假相当位温引入位温的意义：比较不同气块间的热力性质17位温的意义和保守性位温的意义和保守性：位温高的气块：位温高的气块是暖气块，位温低的是冷气块。干是暖气块，位温低的是冷气块。干绝热过程是可逆的，位温是不变的。绝热过程是可逆的，位温是不变的。n n气块在循干绝热升降时，其位温是恒定不变的。这是位温的重要性质。n n只有在干绝热过程中才具有保守性。位温的意义和保守性：位温高的气块是暖气块，位温低的是冷气块。18假相当位温假相当位温sese n n在湿绝热过程中，由于有潜热的释放或消耗，位温在湿绝热过程中，由于有潜热的释放或消耗，位温在湿绝热过程中，由于有潜热的释放或消耗，位温在湿绝热过程中，由于有潜热的释放或消耗，位温是变化的。是变化的。是变化的。是变化的。n n大气中的水汽达到凝结时，假设一种极端的情况，大气中的水汽达到凝结时，假设一种极端的情况，大气中的水汽达到凝结时，假设一种极端的情况，大气中的水汽达到凝结时，假设一种极端的情况，即水汽一经凝结，其凝结物便脱离原上升的气块而即水汽一经凝结，其凝结物便脱离原上升的气块而即水汽一经凝结，其凝结物便脱离原上升的气块而即水汽一经凝结，其凝结物便脱离原上升的气块而降落，而把潜热留在气块中来加热气团，降落，而把潜热留在气块中来加热气团，降落，而把潜热留在气块中来加热气团，降落，而把潜热留在气块中来加热气团，n n这种过程称这种过程称这种过程称这种过程称假绝热过程假绝热过程假绝热过程假绝热过程。当气块中含有的水汽全部。当气块中含有的水汽全部。当气块中含有的水汽全部。当气块中含有的水汽全部凝结降落时，所释放的潜热，就使原气块的位温提凝结降落时，所释放的潜热，就使原气块的位温提凝结降落时，所释放的潜热，就使原气块的位温提凝结降落时，所释放的潜热，就使原气块的位温提高到了极值，这个数值称为高到了极值，这个数值称为高到了极值，这个数值称为高到了极值，这个数值称为假相当位温假相当位温假相当位温假相当位温，n n 用用se se 表示，表示，假相当位温se 在湿绝热过程中，由于有潜热的释放或消耗，位19第四章-大气的热力学过程课件20n n设有一气块，其温、压、湿分别为（设有一气块，其温、压、湿分别为（P P、T T、q q）。在绝热图表上温度、压力始于）。在绝热图表上温度、压力始于A A 点，这点，这时气块是未饱和的，令其沿干绝热线上升到时气块是未饱和的，令其沿干绝热线上升到达凝结高度达凝结高度B B 点，这时气块达到饱和；当气点，这时气块达到饱和；当气块再继续上升时，就不断地有水汽凝结，这块再继续上升时，就不断地有水汽凝结，这时它将沿湿绝热线上升降温。当气块内水汽时它将沿湿绝热线上升降温。当气块内水汽全部凝结降落后，再令其沿干绝热线下全部凝结降落后，再令其沿干绝热线下n n沉到沉到1000hPa1000hPa，此时气块的温度就是假相当位，此时气块的温度就是假相当位温温sese。设有一气块，其温、压、湿分别为（P、T、q）。在绝热图表上温21二、大气静力稳定度二、大气静力稳定度n n（一）大气稳定度的概念（一）大气稳定度的概念n n许多天气现象的发生，都和大气稳定度有密切关系。大气稳定度是指气块受任意方向扰动后，返回或远离原平衡位置的趋势和程度。它表示在大气层中的个别空气块是否安于原在的层次，是否易于发生垂直运动，即是否易于发生对流。二、大气静力稳定度（一）大气稳定度的概念22大气层结大气层结大气中温度、湿度随高度的分布大气中温度、湿度随高度的分布 1.1.大气层结稳定度的概念：大气层结稳定度的概念：表示大气层对扰动气表示大气层对扰动气块产生作用的趋势和程度。块产生作用的趋势和程度。在静止大气中，某一气块儿受到扰动在在静止大气中，某一气块儿受到扰动在垂直方向产生一定位移后，将有三种情况可能垂直方向产生一定位移后，将有三种情况可能发生：发生：有返回原来位置的趋势有返回原来位置的趋势稳定大气稳定大气 更加远离平衡位置更加远离平衡位置 不稳定大气。不稳定大气。静止在新的位置达到平衡静止在新的位置达到平衡 中性大中性大气气。大气层结大气中温度、湿度随高度的分布 23（二）判断大气稳定度的基本方法（二）判断大气稳定度的基本方法 1 1、判断原理（阿基米得浮力原理）、判断原理（阿基米得浮力原理）式中式中T Ti i空气块温度比，空气块温度比，空气块温度比，空气块温度比，T T周围空气温度，周围空气温度，周围空气温度，周围空气温度，a a a a为加速度为加速度为加速度为加速度当：当：T Ti i T T时，时，a a 0 0，不稳定大气；，不稳定大气；T Ti i T T时，时，a a 0 0，稳定大气；稳定大气；T Ti i=T=T时，时，a=0a=0，中性大气；，中性大气；T Ti i与与T T相差越大，加速度就越大，因此暖气块相差越大，加速度就越大，因此暖气块会上升，冷气块会下降。会上升，冷气块会下降。（二）判断大气稳定度的基本方法24n n2.2.用温度直减率判断用温度直减率判断 干绝热过程：干绝热过程：假设：初始气块与周围大气的温度是假设：初始气块与周围大气的温度是 T T0 0，气气块的减温率是块的减温率是 d d，周围大气的减温率是，周围大气的减温率是 ，有：，有：T Ti i=T=T0 0-d dZZ T=T T=T0 0-Z-Z可推出：可推出：a=(a=(d d）gZ/TgZ/T2.用温度直减率判断25 d d 时，时，a a 0 0 ，不稳定大气不稳定大气 d d 时，时，a a 0 0 ，稳定大气；稳定大气；=d d 时，时，a=0 a=0 ，中性大气。中性大气。d 时，a 0 ，不稳定大气 26d-P dTT-PTd不稳定大气不稳定大气稳定大气稳定大气中性大气中性大气d-P dTT-PTd不稳定大气稳定大气中性27n n现举例说明：设有现举例说明：设有现举例说明：设有现举例说明：设有A A A A、B B B B、C C C C 三团空气，均未饱和，三团空气，均未饱和，三团空气，均未饱和，三团空气，均未饱和，其位置都在离地其位置都在离地其位置都在离地其位置都在离地200m200m200m200m的高度上，在作升降运动时其的高度上，在作升降运动时其的高度上，在作升降运动时其的高度上，在作升降运动时其温度均按温度均按温度均按温度均按干绝热直减率变化，即干绝热直减率变化，即干绝热直减率变化，即干绝热直减率变化，即1/100m1/100m1/100m1/100m。而周围而周围而周围而周围空气的温度直减率空气的温度直减率空气的温度直减率空气的温度直减率分别为分别为分别为分别为0.8/100m0.8/100m0.8/100m0.8/100m、1/100m 1/100m 1/100m 1/100m 和和和和1.2/100m1.2/100m1.2/100m1.2/100m，则可以有三种不同的稳定度（图，则可以有三种不同的稳定度（图，则可以有三种不同的稳定度（图，则可以有三种不同的稳定度（图225225225225）：）：）：）：现举例说明：设有A、B、C 三团空气，均未饱和，其位置都在离28 湿绝热过程：类似有湿绝热过程：类似有 a=a=（m m）g Z/Tg Z/T 当：当：m m 时时 ，不稳定大气；，不稳定大气；m m 时，时，稳定大气；稳定大气；，=m m 时，中性大气。时，中性大气。湿绝热过程：类似有29 md条件不稳定条件不稳定md绝对不稳定绝对不稳定TTTmd12绝对稳定绝对稳定ZZZ1 1、当：、当：m md d时，时，称为条件不稳定。（干稳定，称为条件不稳定。（干稳定，湿不稳定）湿不稳定）2 2、当当d dm m ，绝对不稳定大气。（夏季午后多见，绝对不稳定大气。（夏季午后多见，易产生雷雨天气）易产生雷雨天气）3、当：当：m m时，必有时，必有 m md d，称为绝对稳，称为绝对稳定大气。（等温和逆温时属此类情况）定大气。（等温和逆温时属此类情况）。越大，气层越不稳定；越大，气层越不稳定；越小，气层越稳定。越小，气层越稳定。md条件不稳定md绝对不稳定TT30（三）不稳定能量的概念（三）不稳定能量的概念n n不稳定能量就是气层中可使单位质量空气块离开初不稳定能量就是气层中可使单位质量空气块离开初不稳定能量就是气层中可使单位质量空气块离开初不稳定能量就是气层中可使单位质量空气块离开初始位置后作加速运动的能量。始位置后作加速运动的能量。始位置后作加速运动的能量。始位置后作加速运动的能量。n n我们常把某一时刻我们常把某一时刻我们常把某一时刻我们常把某一时刻气层实际的气温随高度分布曲线气层实际的气温随高度分布曲线气层实际的气温随高度分布曲线气层实际的气温随高度分布曲线绘在绘在绘在绘在T-ET-ET-ET-E（高度）坐标系中，并称之为气层的层结（高度）坐标系中，并称之为气层的层结（高度）坐标系中，并称之为气层的层结（高度）坐标系中，并称之为气层的层结曲线，曲线，曲线，曲线，n n根据压高公式，气压是高度的单位函数，根据压高公式，气压是高度的单位函数，根据压高公式，气压是高度的单位函数，根据压高公式，气压是高度的单位函数，n n因此常把因此常把因此常把因此常把E E E E 坐标变换为坐标变换为坐标变换为坐标变换为P P P P 坐标，例如坐标，例如坐标，例如坐标，例如T-lnP T-lnP T-lnP T-lnP 坐标坐标坐标坐标（图（图（图（图227227227227）。）。）。）。（三）不稳定能量的概念不稳定能量就是气层中可使单位质量空气块31蓝线：表示层结曲线红线：状态曲线TlogP图图蓝线：表示层结曲线TlogP图32n n气层能提供给气块的不稳定能可气层能提供给气块的不稳定能可气层能提供给气块的不稳定能可气层能提供给气块的不稳定能可分为下述三种情况：分为下述三种情况：分为下述三种情况：分为下述三种情况：n n1.1.不稳定型不稳定型n n 气块受到某种冲击向上运气块受到某种冲击向上运动时，气块的温度始终高于动时，气块的温度始终高于周围大气的温度，气块将不周围大气的温度，气块将不断加速向上运动，温差愈大，断加速向上运动，温差愈大，气层能提供气块加速的不稳气层能提供气块加速的不稳定能愈多，这种作用愈明显，定能愈多，这种作用愈明显，这时，状态曲线位于层结曲这时，状态曲线位于层结曲线右边，这种情况在实际大线右边，这种情况在实际大气中很难持久地维持，因此气中很难持久地维持，因此也很少出现。也很少出现。气层能提供给气块的不稳定能可分为下述三种情况：332.2.稳定型稳定型n n若状态曲线在层结曲线左边若状态曲线在层结曲线左边时，当时，当A A 点的空气块受对流点的空气块受对流冲击力作用上升后，空气块冲击力作用上升后，空气块的温度的温度Ti Ti 始终低于周围空气始终低于周围空气的温度的温度T T。n n不能造成对流。这种状态曲不能造成对流。这种状态曲线和层结曲线所构成的面积，线和层结曲线所构成的面积，叫做负不稳定能量面积（简叫做负不稳定能量面积（简称负面积）。这一类型的气称负面积）。这一类型的气层叫稳定型，对流运动很难层叫稳定型，对流运动很难出现在这种大气层中。（气出现在这种大气层中。（气层等温或逆温）层等温或逆温）2.稳定型若状态曲线在层结曲线左边时，当A 点的空气块受对流34n n3.3.潜在不稳定型潜在不稳定型n n某一上升空气块的状态曲线，某一上升空气块的状态曲线，某一上升空气块的状态曲线，某一上升空气块的状态曲线，不完全在层结曲线的左方或右不完全在层结曲线的左方或右不完全在层结曲线的左方或右不完全在层结曲线的左方或右方，而是这两条曲线相交于方，而是这两条曲线相交于方，而是这两条曲线相交于方，而是这两条曲线相交于B B B B，交点交点交点交点B B B B 以下为负面积，交点以以下为负面积，交点以以下为负面积，交点以以下为负面积，交点以上为正面积。这时，只要上为正面积。这时，只要上为正面积。这时，只要上为正面积。这时，只要P0 P0 P0 P0 高高高高度上有较强的对流冲击力，足度上有较强的对流冲击力，足度上有较强的对流冲击力，足度上有较强的对流冲击力，足以迫使这一块空气抬升到以迫使这一块空气抬升到以迫使这一块空气抬升到以迫使这一块空气抬升到B B B B 点点点点以上，上升空气块的温度就会以上，上升空气块的温度就会以上，上升空气块的温度就会以上，上升空气块的温度就会高于周围大气的温度，从而获高于周围大气的温度，从而获高于周围大气的温度，从而获高于周围大气的温度，从而获得向上的加速度，使对流得到得向上的加速度，使对流得到得向上的加速度，使对流得到得向上的加速度，使对流得到发展，故称这一类型的气层为发展，故称这一类型的气层为发展，故称这一类型的气层为发展，故称这一类型的气层为潜在不稳定型。潜在不稳定型。潜在不稳定型。潜在不稳定型。3.潜在不稳定型35n n（四）位势不稳定（四）位势不稳定n n在实际大气中，有时整层空气会被同时抬升，在在实际大气中，有时整层空气会被同时抬升，在上升的过程中，气层的稳定情况也会发生变化，上升的过程中，气层的稳定情况也会发生变化，这样造成的气层不稳定，称为位势不稳定。这样造成的气层不稳定，称为位势不稳定。n n例如，某一气层的例如，某一气层的在初始时小于在初始时小于mm，因此气，因此气层是绝对稳定的。层是绝对稳定的。n n如果该气层的下层水汽含量比较大，上层水汽含如果该气层的下层水汽含量比较大，上层水汽含量少，在气层的抬升过程中，气层下部的空气很量少，在气层的抬升过程中，气层下部的空气很快达到饱和，并沿快达到饱和，并沿m m 继续降低气温，而该气层继续降低气温，而该气层的上部仍以的上部仍以d d 的递减率降温，的递减率降温，（四）位势不稳定36n n通常在大气下层，通常在大气下层，m m 比比d d 要小得多，因此气要小得多，因此气层的下部降温速度要比上层慢，气层的层的下部降温速度要比上层慢，气层的将不断将不断增大，经过一段时间后，有可能增大，经过一段时间后，有可能m m 或或dd，气层将由稳定骤然变得很不稳定。，气层将由稳定骤然变得很不稳定。n n在低纬度地区的海面上，这种情况经常出现，在低纬度地区的海面上，这种情况经常出现，通常在大气下层，m 比d 要小得多，因此气层的下部降温速37稳定度对垂直运动的影响稳定度对垂直运动的影响 层结稳定时，垂直运动受到抑制，水汽尘埃层结稳定时，垂直运动受到抑制，水汽尘埃以及污染物聚集在低层，不易向上扩散，在工以及污染物聚集在低层，不易向上扩散，在工业区易形成污染，易形成雾、霾等天气现象。业区易形成污染，易形成雾、霾等天气现象。层结不稳定时，对流、湍流强，水汽尘埃等易向上扩散，污染轻，对天气的影响：层结不稳定时常出现积状云，对天气的影响：层结不稳定时常出现积状云，阵性降水，如雷暴、冰雹等天气现象。阵性降水，如雷暴、冰雹等天气现象。稳定度对垂直运动的影响 层结稳定时，垂直运动受到抑制，38三、空气温度的局地变化三、空气温度的局地变化n n空气平流运动引起的局地气温变化空气平流运动引起的局地气温变化n n空气铅直运动引起的局地气温变化n n非绝热热量交换引起的局地气温变化（上面提到的五种交换方式）三、空气温度的局地变化空气平流运动引起的局地气温变化39第四节大气温度随时间的变化第四节大气温度随时间的变化n n一、气温的周期性变化一、气温的周期性变化n n（一）气温的日变化（一）气温的日变化第四节大气温度随时间的变化一、气温的周期性变化40（1）日变化）日变化 概念概念 一天内的气温变化。一天内的气温变化。气温日较差气温日较差=Tmax Tmin 最大特点最大特点为一天中有个日最高值，有个日最为一天中有个日最高值，有个日最低值。低值。（1）日变化 41 为什么为什么气温最高值不气温最高值不出现出现在正午在正午12点点，而在而在14点点？地表哪个纬度气温日变化大？为什么？地表哪个纬度气温日变化大？为什么？海上日较差海上日较差大陆，山地上比大陆，山地上比山下平原、山山下平原、山间谷间谷 地和盆地，高原地和盆地，高原平原平原 为什么气温最高值不出现在正午12点，而在14点？42n n气温日变化的另一特征是日较差的气温日变化的另一特征是日较差的大小与纬度、季节和其它自然地理大小与纬度、季节和其它自然地理条件有关。条件有关。n n日较差最大的地区在副热带，向两日较差最大的地区在副热带，向两极减小。极减小。n n热带地区的平均日较差约为热带地区的平均日较差约为1212，温带约为温带约为8989，极圈内为，极圈内为3434。n n日较差夏季大于冬季，但最大值并日较差夏季大于冬季，但最大值并不出现在夏至日。不出现在夏至日。气温日变化的另一特征是日较差的大小与纬度、季节和其它自然地理43第四章-大气的热力学过程课件44（二）气温的年变化（二）气温的年变化n n地球上绝大部分地区，在一年中月平均气地球上绝大部分地区，在一年中月平均气温有一个最高值和一个最低值温有一个最高值和一个最低值。nT年较差年较差=T月月maxT月月min气温年较差的大小与纬度、海陆分布等因素有关。n n气温年较差是高纬大于低纬，陆地大于海洋。（二）气温的年变化地球上绝大部分地区，在一年中月平均气温有一45第四章-大气的热力学过程课件46 为什么为什么大陆上最高值大陆上最高值不出现在不出现在6月份，月份，而而在在7月份；海洋上在月份；海洋上在8月份月份？地表哪个纬度气温年变化大？为什地表哪个纬度气温年变化大？为什 么？么？(高纬高纬)海上年较差海上年较差平原平原(3)非周期变化(52)为什么大陆上最高值不出现在6月份，而在7月份；海洋上在847第四章-大气的热力学过程课件48n n根据温度年较差的大小及最高、最根据温度年较差的大小及最高、最低值出现的时间，可将气温的年变低值出现的时间，可将气温的年变化按纬度分为四种类型。化按纬度分为四种类型。n n1.1.赤道型赤道型n n它的特征是一年中有两个最高值，它的特征是一年中有两个最高值，分别出现在春分和秋分以后，两个分别出现在春分和秋分以后，两个最低值出现在冬至与夏至以后。最低值出现在冬至与夏至以后。n n这里的年较差很小，在海洋上只有这里的年较差很小，在海洋上只有11左右，大陆上也只有左右，大陆上也只有510510左左右。右。根据温度年较差的大小及最高、最低值出现的时间，可将气温的年变49n n2.2.热带型热带型n n其特征是一年中有一个最高（在夏其特征是一年中有一个最高（在夏至以后）和一个最低（在冬至以），至以后）和一个最低（在冬至以），年较差不大（但大于赤道型），海年较差不大（但大于赤道型），海洋上一般为洋上一般为55，在陆地上约为，在陆地上约为2020左右。左右。2.热带型50n n3.3.温带型温带型n n一年中也有一个最高值，出现在夏一年中也有一个最高值，出现在夏至后的至后的7 7 月。一个最低值出现在冬月。一个最低值出现在冬至以后的至以后的1 1 月。其年较差较大，并月。其年较差较大，并且随纬度的增加而增大。海洋上年且随纬度的增加而增大。海洋上年较差为较差为10151015，内陆一般达，内陆一般达40405050，最大可达，最大可达6060。另外，海洋。另外，海洋上极值出现的时间比大陆延后，最上极值出现的时间比大陆延后，最高值出现在高值出现在8 8 月，最低值出现在月，最低值出现在2 2 月。月。3.温带型51n4.4.极地型极地型n一年中也是一次最高值和一次最一年中也是一次最高值和一次最低值，冬季长而冷，夏季短而暖，低值，冬季长而冷，夏季短而暖，年较差很大是其特征。年较差很大是其特征。4.极地型52二、气温的非周期性变化二、气温的非周期性变化n n 气温除了由于太阳辐射的变化气温除了由于太阳辐射的变化而引起的周期性变化外，还有因大而引起的周期性变化外，还有因大气的运动而引起的非周期性变化。气的运动而引起的非周期性变化。实际气温的变化，就是这两个方面实际气温的变化，就是这两个方面共同作用的结果。共同作用的结果。二、气温的非周期性变化 气温除了由于太阳辐射的变化而引53第五节第五节 大气温度的空间分布大气温度的空间分布 1.1.气温的水平分布气温的水平分布 a a）等温线分布与温度场）等温线分布与温度场等温线稀疏：表示温差小，温度分布均匀；等温线稀疏：表示温差小，温度分布均匀；反之气温变化大。反之气温变化大。等温线平直：表示影响因素少，弯曲性大，等温线平直：表示影响因素少，弯曲性大，影响因子多，分布复杂。影响因子多，分布复杂。等温线东西排列：表示温度随纬度而变，等温线东西排列：表示温度随纬度而变，纬度影响为主。纬度影响为主。第五节 大气温度的空间分布 1.气温的水平分布 a）等温54等温线与海岸线平行：表示主要受海等温线与海岸线平行：表示主要受海洋影响。洋影响。等温线凸向低温方向：表示暖舌：此等温线凸向低温方向：表示暖舌：此处气高于周围。处气高于周围。等温线凸向高温方向：表示冷舌：此等温线凸向高温方向：表示冷舌：此处气温低于周围处气温低于周围。等温线与海岸线平行：表示主要受海洋影响。等温线凸向55b b b b）世界气温分布特征）世界气温分布特征）世界气温分布特征）世界气温分布特征 北半球等温线北半球等温线北半球等温线北半球等温线7 7 7 7月份比月份比月份比月份比1 1 1 1月份稀疏，说明月份稀疏，说明月份稀疏，说明月份稀疏，说明7 7 7 7月份北半球南北温差小，而月份北半球南北温差小，而月份北半球南北温差小，而月份北半球南北温差小，而1 1 1 1月份北半球南北月份北半球南北月份北半球南北月份北半球南北温差大。温差大。温差大。温差大。冬季北半球等温线在大陆上凸向赤道，海冬季北半球等温线在大陆上凸向赤道，海冬季北半球等温线在大陆上凸向赤道，海冬季北半球等温线在大陆上凸向赤道，海上凸向极地，夏季相反，说明冬季大陆上温度上凸向极地，夏季相反，说明冬季大陆上温度上凸向极地，夏季相反，说明冬季大陆上温度上凸向极地，夏季相反，说明冬季大陆上温度较海上低，夏季大陆温度高于海洋。较海上低，夏季大陆温度高于海洋。较海上低，夏季大陆温度高于海洋。较海上低，夏季大陆温度高于海洋。最高温度带在最高温度带在最高温度带在最高温度带在1010101020N20N20N20N附近，称热赤道。附近，称热赤道。附近，称热赤道。附近，称热赤道。冬季大陆比海上冷，夏季大陆比海上热。冬季大陆比海上冷，夏季大陆比海上热。冬季大陆比海上冷，夏季大陆比海上热。冬季大陆比海上冷，夏季大陆比海上热。b）世界气温分布特征 56 为消除高度影响，显现纬度、海为消除高度影响，显现纬度、海陆（海陆分布、洋流）因素，将绘陆（海陆分布、洋流）因素，将绘制的等值线图中的温度值统一校正制的等值线图中的温度值统一校正到海平面高度。到海平面高度。赤道地区气温高、向两极逐渐赤道地区气温高、向两极逐渐降低。冬季等温线密集，夏季等温降低。冬季等温线密集，夏季等温线稀疏，表明冬季南北温差大，夏线稀疏，表明冬季南北温差大，夏季南北温小。季南北温小。为消除高度影响，显现纬度、海陆（海陆分布、洋流）57 等温线并不与纬度圈平行，而等温线并不与纬度圈平行，而发生很大的弯曲，仅在南半球洋面上发生很大的弯曲，仅在南半球洋面上与纬度圈平行，反映了地表性质不同与纬度圈平行，反映了地表性质不同对气温的影响以及大规模洋流和气块对气温的影响以及大规模洋流和气块的热量输送的显著影响。的热量输送的显著影响。如：北大西洋受墨西哥暖洋流影如：北大西洋受墨西哥暖洋流影响，冬季响，冬季1 1月月00等温线向北延伸到等温线向北延伸到7070 N N。欧亚大陆受西伯利亚寒流的冷气块。欧亚大陆受西伯利亚寒流的冷气块影响，影响，00等温线向南伸展到等温线向南伸展到3030 N N4040 N N附近。附近。等温线并不与纬度圈平行，而发生很大的弯曲，58 全球气温最高的热赤道与地理赤道不吻全球气温最高的热赤道与地理赤道不吻合，它的位置随太阳直射点移动而变化合，它的位置随太阳直射点移动而变化,夏季夏季2020 N N 左右，冬季在左右，冬季在5 5 N N1010 N,N,显示了云量显示了云量对太阳总辐射的影响。对太阳总辐射的影响。南半球不论冬夏最低气温都出现在南南半球不论冬夏最低气温都出现在南极；北半球夏季最低气温出现在极地，冬季最极；北半球夏季最低气温出现在极地，冬季最低气温出现在西伯利亚东部。低气温出现在西伯利亚东部。问题：大气圈中各处受热不同形成了气温分布问题：大气圈中各处受热不同形成了气温分布不均，它对气候系统的进一步影响的物理过程。不均，它对气候系统的进一步影响的物理过程。全球气温最高的热赤道与地理赤道不吻合，它的位置59 一月份海平面气温（）分布 一月份海平面气温（）分布60 七月份海平面气温（七月份海平面气温（）分布）分布 七月份海平面气温（）分布61二、对流层中气温的垂直分布二、对流层中气温的垂直分布1、对流层中温度的垂直分布有三种类型对流层中温度的垂直分布有三种类型 温度随高度递减。一般出现在晴温度随高度递减。一般出现在晴朗的白天风不太大时。朗的白天风不太大时。温度随高度递增。这种现象一般温度随高度递增。这种现象一般出现在少云、无风的夜晚。出现在少云、无风的夜晚。温度随高度基本不变。这种情况温度随高度基本不变。这种情况常出现于多云天和阴天。常出现于多云天和阴天。二、对流层中气温的垂直分布622、气温垂直分布气温垂直分布 逆温逆温 概念概念大气上层温度高于下层的现象。大气上层温度高于下层的现象。它阻碍大气气流向上发展，对天气有一定它阻碍大气气流向上发展，对天气有一定影响。影响。气温在垂直方向上的分布状况，主要气温在垂直方向上的分布状况，主要受地受地面性质、季节、昼夜长短面性质、季节、昼夜长短和和天气条件变化天气条件变化影响。影响。2、气温垂直分布 63 几种逆温形成过程几种逆温形成过程（一）辐射逆温（一）辐射逆温 概概 念念 地面强烈辐射冷却形成的逆温地面强烈辐射冷却形成的逆温 形成条件形成条件晴朗、无云、无风（或微风晴朗、无云、无风（或微风2m/s 3m/s）、夜风。）、夜风。厚厚 度度数十米数十米数百米数百米 出现季节出现季节大陆全年可见，冬季强、夏季弱大陆全年可见，冬季强、夏季弱。天天 气气常为晴天预兆，有时也出现浓雾不散现常为晴天预兆，有时也出现浓雾不散现象。象。几种逆温形成过程（一）辐射逆温 64（二）湍流逆温（二）湍流逆温出出现现高高度度：混混合合层层顶顶部部，距距地地面几百米附近。面几百米附近。形形成成原原因因：乱乱流流混合的结果混合的结果。（二）湍流逆温出现高度：混合层顶部，距地面几百米附近。65（三）平流逆温（三）平流逆温 概念概念暖空气平暖空气平流到流到 冷地表上形成冷地表上形成的逆温。的逆温。形成条件形成条件暖气暖气块（团）运动速度块（团）运动速度较大较大出现季节出现季节冬季冬季最常见平流逆温形最常见平流逆温形成过程图成过程图（三）平流逆温 概念暖空气平流到 冷地表上形成的逆温66（四）下沉逆温（四）下沉逆温 概概 念念整层空气下沉、整层空气下沉、压缩、增温形成的压缩、增温形成的 逆温。逆温。形成条件形成条件山地区域或山地区域或空气块（团）作下沉运空气块（团）作下沉运 动动的高气压区内的高气压区内 厚度厚度较大较大 出现季节出现季节冬季冬季 实际大气中，逆温现实际大气中，逆温现象常由以上几种过程同时象常由以上几种过程同时 组合形成。组合形成。（四）下沉逆温 概 念整层空气下沉、压缩、增温形成67