《大气物理学》学习资料：热力学课堂练习

1、若有一未饱和湿空气流经一座高3000米的高山，已知，P=1000百帕，试问：（1） 凝结高度等于多少？（2） 在山顶处的温度等于多少？（3） 在背风山麓处温度等于多少？（注：取=0.5/100米，凝结出的水全部下降掉）解：（1）已知，可直接代入凝结高度公式： 米也可从图上直接求（略）。（2）设山顶处的温度为，凝结高度处的温度为。气流在凝结高度以下它是根据干绝热直减率上升的， 所以； 在凝结高度以上气流是根据湿绝热直减率上升，所以山顶处的温度为 （4） 因设凝结出的水全部下降掉，故在背风坡气流是沿干绝热下沉的山脚处的温度为 2、温度为20，比湿为10克/千克的空气，在爬越一座山时，从1000百帕高度抬升到700百帕高度。试问该空气的初始露点为多少？若在上升期间水汽凝结物的80%通过降水下落，求空气在山的另一侧下沉到900百帕处的温度。解： 先把空气微团的状态（1000百帕，20）点在图解上，然后沿1000百帕等压线降温到与10克/千克的等饱和比湿线相交，所对应的温度即为初始露点温度约为14。现从（1000百帕，20）点出发沿干绝热线上升，直到与10克/千克的等饱和比湿线相交，然后再沿通过该交点的湿绝热线上升到700百帕，这时的比湿为6克/千克，因此凝结出的液态水为10-6=4克/千克。按题意，降掉3.2克/千克，空气微团中尚剩液态水0.8克/千克。现在再将空气微团从700百帕高度沿湿绝热线下降，直到与6.8克/千克的等饱和比湿线相交（此时0.8克/千克的液态水已全部蒸发完），再沿干绝热线下降至900百帕，此时微团温度约为19.8。3、一股气流越山，山前气象站测得气流的P=1000百帕，t=20，=15，这股气流翻越山顶（山顶P=600百帕）下降到山后气象站（P=1000百帕），问：（1）如果气流越过山顶前，所凝结的液态水全部脱离气流，那么，山后气象站应预报这股气流来时的t=？，=？（2）如果1/2液态水降落，那么，山后气象站预报t=？，=？（3）如果液态水一直不脱离气流，那么。t，又分别等于多少呢？解：（1）空气先从初态（P=1000百帕，t=20，=15）出发，沿干绝热线上升到凝结高度，再沿湿绝热线上升到山顶（P=600百帕处），然后又沿干绝热线下降到1000百帕，此时t=35.5。从（1000百帕、35.5）点出发，沿等压线向左移，直到与克/千克相交处，所对应的温度即为=1。（2 ）空气从初态出发，沿干绝热线上升到凝结高度，再沿湿绝热线上升到山顶，然后又沿干绝热线下降到1000百帕，所对应的温度t=29。从（1000百帕、29）点出发，沿等压线向左移，直到与7克/千克线相交，所对应的温度即为=8.5。（3）空气从初态出发，沿干绝热线上升到凝结高度，再沿湿绝热线上升到山顶，然后又沿湿绝热线下降直到液态水全部蒸发完的高度，再沿干绝热线下降到1000百帕，求得t=20。从（1000百帕、20）点出发，沿等压线向左移动直到与克/千克线相交，所对应的温度即为=15。6