大气物理 空气状态方程

问题引入1.3大气的状态参数

与

1.4空气的状态方程在气象学上，大气的物理性状主要以气象要素和空气状态方程来表征。知识点介绍

1.3大气的状态参数气温气压温度风云能见度降水1.气温定义：大气的冷热程度的物理量目前，气象观测和记录的气温，是指离地面一定高度上（规定离地面1.5m高），放在百叶窗箱里的温度计测得的空气温度。一般用T来表示。气温的实质是空气分子平均动能大小T当空气获得热量时，其分子运动的平均速度增大，平均动能增加，气温升高。反之......A热力学温标表示的温度称为热力学温度或绝对温度，单位为开尔文，用符号K表示。绝对温度为273.16K。绝对温标（T）B用符号℃表示T=273.15+t水的沸点温度100℃冰的融点0℃摄氏温标（t）C用符号℉表示F=1.8t+32水的沸点212℉冰的融点32℉华氏温标（F）温标1965年7月新疆吐鲁番民航机场48.9oC1969年2月13日黑龙江漠河–52.3oC相差超过100oC我国温度极值2请在这里输入您的标题？气温差异为什么这么大大气温度的时间变化，包括由地球的自转和公转引起的气温周期性变化，以及由大气运动引起的非周期性变化。周期／非周期变化大气的时空变化气温周期变化日变化季节变化日较差随纬度增高而减少，随海拔高度增加而减少；晴天大阴天小；夏季大冬季小；大陆大海洋小。年较差随纬度增高而增大，随海拔高度增加而减少；大陆大海洋小；内陆大沿海小。气温的年变化反映了气候上的冷暖，是划分气候季节的重要指标。是由于大规模的气流交替而引起的。气温非周期变化2.气压气压就是指大气的压强，任意高度上的气压值等于单位面积上所承受的大气柱的重量。一般用p来表示。气压是大气分子运动撞击物体表面产生的力，单位体积中的气体分子越多，则气压越高托里拆利实验大气压强的大小：由于P气=P水=ρ水gh水，而ρ水太小，需h水很大，玻璃管的长度有限，改用增大ρ液，减小h液的方法，取ρ液很大的液体——水银来测大气压的大小。当选定温度为0℃，纬度为45°的海平面时，气压为

1013.25hPa，称为一个标准大气压。

在气象和工程中还常用标准大气压（atm）作为压力单位，

即1atm=1013.25hPa。气压随高度的变化P=∫ρgdz海拔越高，气压越低实质：气压的大小决定于整个空气柱的质量多少。气压随着高度增加而降低。甲1000m3000m乙1000hpa(海平面）

850hpa(1500m）

700hpa(3000m）500hpa(5500m）

300hpa(9000m）

气压不仅与高度有关，而且与空间位置、时间也有关。

一般在高纬度气压高，而低纬度气压低；并且，它不仅有日变化、季节变化、年际变化，而且还有非周期的变化。这些非周期变化将产生不同的天气和气候异常现象，如在冬季，我国北方气压变低之后，经常出现阴雨天气，而后有寒潮的到来。日变化单峰最大值出现在清晨最小值出现在午后双峰最大值出现在9—10点、21—22点最小值出现在3—4点、15—16点三峰年变化大陆上最大值出现在冬季，最小值出现在夏季海洋上最大值出现在夏季，最小值出现在冬季高山上最大值出现在夏季，最小值出现在冬季3.湿度

空气湿度：空气中水汽含量的多少或潮湿程度。湿度参量：表征空气中水汽含量的多少和潮湿程度的物理量。湿度参量水汽压、饱和水汽压相对湿度露点温度饱和差比湿混合比绝对湿度空气湿度参量1、水汽压（e）定义：空气中水汽的分压强。单位：百帕(hPa)1百帕(hPa)=100帕斯卡(Pa)反映空气中水汽含量的多少水汽含量水汽压e饱和空气：在温度一定情况下，单位体积空气中的水汽量有一定限度。如果水汽含量达到此限度，空气就成饱和状态，这时的空气称饱和空气。饱和水汽压（E）：饱和空气的水汽压称为饱和水汽压（E），也叫最大水气压，因为超过这个限度，水气就要凝结。水汽含量没有达到极限的空气称为未饱和湿空气，其实际水汽压为e2、

饱和水汽压（E）定义：饱和湿空气中水汽的分压强。反映空气的最大水汽容纳能力.饱和水汽压仅取决于温度（马格奴斯半经验公式）EET当e<E时，空气中水汽没有达到饱和当e>E时，空气中的水汽已超过饱和只有在实验室里，在极其纯净的空气中可以得到当e=E时，空气中水汽正好达到饱和绝对湿度参量1．绝对湿度单位体积空气中所含水蒸汽的质量单位：kg/m32.混合比：湿空气中水汽的质量与湿空气中干空气质量的比值。ρv＝———m水汽Vm水汽m干空气r＝————3.比湿：湿空气中水汽的质量与湿空气总质量的比值。=0.622e/P

4、露点温度（Td）定义：对于含有水汽的湿空气，在不改变气压和水汽含量的情况下，降低温度而使空气达到饱和状态时的温度。水汽含量越高，露点越高EeTTTdeE（T,e）相对湿度参量1、相对湿度（f）定义：空气的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的百分比值。相对湿度越大，空气越接近饱和，相对湿度越小，空气越不饱和注意：相对湿度的大小只能表示空气距离饱和的相对程度，不能反映实际水汽含量的大小。2.露点温度差未饱和湿空气的温度与饱和湿空气的温度差（T-Td

）（T-Td

）>0为未饱和状态（T-Td

）=0为饱和状态（T-Td

）<0为过饱和状态（T-Td

）越小，空气越接近饱和从物理学的角度，通常用质量、体积、温度和压强来表征大气的物理状态，这四个参量之间是相互联系，相互影响、相互制约的。对于一定质量的空气，其体积、温度和压强之间存在一定的函数关系，例如，一个小空气块做上升运动时，随着高度的增大，其所受到的环境大气的压力减小，气块的体积发生膨胀，压强减小，同时由于体积膨胀做功，消耗内能，气块的温度降低。1.4空气的状态方程两个简单的实验----两个基本的定律：波意耳实验：在温度一定下：V与P成反比P=K1/VK1为常数查理氏实验在气压一定时，体积的变化决定于温度：V=K2T1.理想空气状态方程大量实验证明，常温常压下，一定质量气体的P乘以V，再除以T，其商不变：P1V1/T1=P2V2/T2=···=PnVn/Tn，即PV/T=常量可见：T一定时，P与ρ成正比；ρ一定时，P与T成正比。分子运动论：气压大小决定于器壁单位面积上单位时间内受到的碰撞次数及每次碰撞的平均动能大小。

ρ大，分子数量多，碰撞次数多，P大；T高，分子平均动能大，P大。PV=mM·R*TR=R*Mρ=MVP=ρRT由于干空气的各种气体的比例是固定，它的密度可表示成各种气体的密度的和。根据道尔顿气体分压定律：互不起化学变化的成分混合而成的气体，其气体的总压强等于个种成分气体的分压强之和。2.干空气状态方程P=ρdRdTMd=28.964g/molRd=R*/Md=8.31/28.97=287J/Kg·K三、虚温与湿空气的状态方程q为比湿令Tv=(1+0.608q)T称为虚温。湿空气的状态方程为：三、虚温与湿空气的状态方程Tv=(1+0.608q)T所谓虚温（virtualtemperature），它是指混合比湿为q的湿空气变成同样压强和同样比容的干空气时的假想温度。Tv>TTv/T≈1重难点问题1.三种温标的含义及之间的转换2.压高公式3.湿度的多种参量的熟悉掌握4.空气状态方程公式的推导以及熟练运用问题思考气压的定义、单位？标准大气压？压高公式？温度的定义、单位及转换？湿度的几种定义、单位？大气纬向平均温度随纬度、高度分布的特征？理想气体、干空气、湿空气的状态方程？知识图解湿度参量水汽压、饱和水汽压相对湿度露点温度饱和差比湿混合比绝对湿度温标绝对温标摄氏温标华氏温标空气状态方程理想空气状态方程干空气状态方程湿空气状态方程参考资料主要是课本