城市空气污染气象学第三章大气温度

城市空气污染气象学

第三章大气温度2华东师范大学资环学院乐群回顾绝热变化和非绝热变化干绝热方程（泊松方程）气象学中热力学第一定律干绝热直减率、湿绝热直减率、气温直减率位温、假相当位温2013-10-2422013-10-243空气温度的个别变化和局地变化把热力学第一定律两边除以dt，就得到反映温度随时间变化规律的热流量方程：

我们把单位时间内个别空气质点温度的变化dT/dt称作空气温度的个别变化，因为个别空气质点在大气中不断地改变位置，所以不容易观测。2013-10-244对温度个别变化和局地变化的联系作定量分析：空气质点温度的变化T(x+dx,y+dy,z+dz,t+dt)-T(x,y,z,t）为温度的全微分dT,故有

空气质点是由P点经dt时间移至Q点的，因此

将上式代入dT式，并dt去除式两边，则得单位时间空气质点温度变化

2013-10-245

上式表示了温度的个别变化和局地变化之间的关系。它还可以改写为

这里等号右端第一项表示温度的平流变化，其中为温度的水平平流变化，它是由水平运动引起的，而为温度的垂直平流变化，它是由垂直运动引起的。2013-10-246

利用矢量关系将上式改写为

该式表明温度的局地变化等于温度的平流变化和个别变化之和。温度的平流变化2013-10-247

如果令Vh表示水平风速，表示水平温度梯度，为垂直于等温线的单位距离内的温度差值。则上式可改写为

这里即为温度的水平平流变化，它能从天气图上加以确定，可简称平流变化。2013-10-248

——风向和水平温度梯度的交角。

——水平温度梯度

T1T2T3T4冷暖V暖平流T3T4T2T1冷暖冷平流v2013-10-249在天气、气候分析中，常用气压代替高度，建立以气压为垂直坐标的温度变化方程。根据热力学第一定律，空气质点温度个别变化为

其中表示

在X，Y，P，T坐标中，有

式中表示垂直运动，上升时气压减小，w<0；下沉时气压增大，w>0，w的单位为hPa/s。2013-10-2410利用这两方程可写成：

或

根据及静力学公式：

2013-10-2411

因此上式可改写成

这就是天气、气候中常用的热流量方程的形式。通常写成

温度的局地变化决定于三方面因子：右端第一项为空气平流运动传热过程引起的局地气温变化；右端第二项为空气垂直运动传热过程引起的局地气温变化；右端第三项为热流入量的影响，大气中造成热流入量的过程有辐射、湍流交换、水汽相变等，该项的作用为：热量收入使温度升高，热量支出使温度降低。

2013-10-2412大气稳定度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。三种情况：稳定、不稳定、中性2013-10-2413判断大气稳定度的基本方法气块在受到扰动后上升z高度后自身产生的加速度取决于气块受到的合力。气块受到的合力为浮力与重力之差：

F=mg-m’g=(－’)Vg

单位质量气块所受的力就是加速度，所以合力产生的加速度：0,P0,T0

0,P0,T0

’,P’,T’

,P

,T

z

用状态方程及准静力条件代入：

由此可见空气的稳定度取决于气块与周围空气的温度差。

2013-10-24142013-10-24152013-10-24162013-10-2417<>不稳定中性稳定不稳定中性稳定2013-10-2418大气稳定度的综合判断方法综合干空气和未饱和湿空气的判定方法，可归纳如下：

<m

绝对稳定m<<d

对干空气稳定，湿空气不稳定，此为条件性不稳定；

>d

绝对不稳定。以上判定方法可用如下的数轴表示：md绝对稳定条件性不稳定干稳湿中性干中性湿不稳绝对不稳定2013-10-2419不稳定能量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气层能提供给气块的不稳定能可分为三种情况：2013-10-2420大气稳定度对大气污染的影响大气稳定度对烟流扩散有很大的影响，不同稳定度导致从烟囱排出的烟羽形状不同。波浪型（不稳）锥型（中性or弱稳）扇型（平展型）（逆温）