大气静力稳定度_大气静力稳定度的概念_绝热温度递减率

第二章 大气静力稳定度

湖北分院 业务培训部 徐丽娅

主要内容

? 1、气块法 ? 2、静力不稳定 2.1 静力稳定度的概念 2.2 静力稳定度的判据 2.3 条件性不稳定 2.4 对流性不稳定

（不）稳定性

任何一个物体的（不）稳性可分为3种不同的状态

大气的不稳定性

? 大气的不稳定性或者稳定性，是指处于某种平衡 状态下的气流受到一个扰动后，扰动增强或者减 弱的趋向。大气静力稳定度 ? 扰动性质：动力、热力 ? 扰动方向：水平、垂直、倾斜

? 许多对流现象和中尺度对流系统的发生发展都与 大气的不稳定性相联系 ? 尺度为几千米至十几千米的小扰动或积云对流 静力不稳定 切变型（开尔文－赫姆霍茨）不稳定 ? 尺度为十几至几百千米的中尺度云团或雨带 第二类条件不稳定（CISK） 惯性－浮力（对称）不稳定

1、气块法

? 稳定度分析最基本的方法是气块法

? 气块是大气的一部分，初始状态与同高度上的 其它大气并无不同，但当它在假设停滞不动的 环境大气中做垂直位移时，就成为了独立的个 别部分。 ? 气块在任一时刻都处在平衡态，气体的状态方 程和热力学第一定律适用。

气块法假定

? （1）绝热条件：气块在升降中做绝热变化，与外 界始终无热量和质量交换。 ? （2）准静态条件：升降运动中的任一时刻，气块 的压强与同高度的环境空气的压强相等 ? （3）静力平衡条件：环境空气（气层）静止

2、静力稳定度

? 适用：雷暴等对流性天气 ? 基于气块法 雷暴和强风暴系统都是对流现象，而对流运动的 主要作用是浮力。浮力越强，产生的上升运动越 强，雷暴的垂直发展越高。 ? 静力稳定度：反映气块在特定大气层结中所受浮 力状况，又称层结稳定度。大气静力稳定度 ? 对流：气象上指由于浮力作用导致的垂直方向的 热传输

静力稳定度分类

不稳定 静力 中性 稳定 如果气层中任选一气块，气块受到垂直方向的冲击力 气块加速浮升——层结不稳定：促进气块垂直运动 气块等速运动——层结中性：不促进/不抑制气块垂 直运动 气块回归原位——层结稳定：抑制气块垂直运动

如何判断层结的稳定性？

2.1 环境大气和气块垂直方向的受力分析

2.1.1 环境大气

一般情况下，环境大气满足静力平衡

水平方向—受力平衡

垂直向上－气压梯度力

垂直向下－重力

垂直方向－受力平衡

2.1.2 气块

? 单位体积的气块

2.2 垂直温度递减率

? 环境的垂直温度递减率：环境大气（气层）温度 随高度的变化率 ? 探空测得，局地变化量，不是常数

? 环境温度随高度变化

气块的垂直温度递减率

? 湿空气上升单位距离、温度降低的数值

2.3 静力稳

定度判据

静力不稳定

静力稳定

中性

位温表示的静力稳定度判据

静力稳定

静力不稳定

3、条件不稳定

? 实际大气往往是静力稳定的。对流活动一般并不 是直接由静力不稳定造成，而通常是由“条件性 不稳定”造成。

? 条件性不稳定：对于未饱和湿空气而言，气层是 静力稳定的，但当空气饱和后，对于饱和湿空气 而言，气层是静力不稳定的。

条件不稳定判据

绝对不稳定(干绝热不稳定)

绝对稳定

绝对稳定

条件性不稳定

4、对流性不稳定

? 气块理论——气层本身是静止的。实际大气常被 整层抬升（如气流过山，空气沿着锋面抬升） ? 不论气层原先的层结稳定性如何，在其被抬升达 到饱和后，如果是稳定的，称为对流性稳定，如 果不稳定，称为对流性不稳定，如果中性，称为 对流性中性。 ? 上干下湿的条件性稳定气层，甚至是绝对稳定的 气层（如有逆温），经过整层抬升，可能变为不 稳定。

对流性不稳定判据

? 用假相当位温、相当位温、假湿球温度表示