《大气稳定度》word版

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1、第七章大氣的不穩定度（AtmosphericInstabilities）l7.1前言大氣中的水氣來自地表，而後經由平流輸送至相關地區，因而上升運動是形成天氣現象的先決條件之一。而上升運動則取決於作用在單位氣塊上的力，以及環境大氣的不穩定程度。至於大氣是否穩定則取決於它的熱力結構，動力結構或兩者組合後的條件，以及運動氣塊（airparcel）與環境大氣之上述條件的對比。簡單的說，運動後的氣塊是否會到原位是判斷大氣穩定與否的指標。下圖中附箭頭的小球代表氣塊，半圓或平面則代表大氣。由而見大氣的三種穩定狀態。氣塊（airparcel）環境（enviro

2、ment）（enviroment）圖7-1大氣穩定與否之示意圖本章即對此方面問題做進一步的討論。l7.2氣象學中的不穩定度在氣象學中，大氣是否穩定有兩種參考標準，1.靜力不穩定度（staticinstability）或流體靜力不穩定度（hydrostaticinstability），又稱重力（gravitational）不穩定或浮力（buoyant）不穩定。它是以氣塊上升後的溫度為參考標準；如高於新環境的氣溫就是不穩定，反之為穩定。2.動力不穩定度（dynamicinstability）或流體動力不穩定度（hydrodynamicinstabi

3、lity）。它是以氣塊在環境流中，亦即在大氣波中的狀態為依據；如氣塊進入新環境後不能與該處的大氣波動相契合就是不穩定，反之就是穩定。第一部份：靜力或流體靜力不穩定度兩者均可用氣塊法（parcelmethod）測定之。l7.3靜力或流體靜力不穩定度1.由單位容積i.e.，…….（7.1）圖7-2氣塊法示意圖之一7-27在絕熱（等熵）運動中，如果氣塊運動中其始終與環境之相等，即，則，所以……………………….（7.2）i.e.，氣塊垂直加速度，取決於。而由於開始時，在等熵運動中，氣塊，但在新位置上，，取決於2.而由可得………………..（7.3）式中為

4、乾絕熱降溫率，則是實際觀測到的降溫率。如果一尚未飽和的氣塊向高空移動，其降溫率就是，即每升100公尺，溫度約降1℃；此時如果環境大氣之降溫率，則，即，穩定，反之為不穩定。∴大氣是否穩定可由與的相對大小決定，即這是乾空氣的狀況。l7.4條件性不穩定如果大氣中有水氣但尚未飽和，則其中一氣塊上升時，是乾絕熱運動；一旦達到飽和，就成了濕絕熱運動。所以如果，，則（7.3）式就有二種狀況，即飽和前，穩定飽和後由於，此時上升氣塊的溫度會高於周圍（環境）空氣之溫度，致，不穩定7-27此間分際可由垂直運動的變率獲得i.e.，，此表示，氣塊之動能變率，來自它以加速

5、度位移。式中圖7-3氣塊法示意圖之二∴i.e.，…………………………………….（7.4）式中為1至2之平均值。這就是說，只要上升空氣之虛溫環境空氣之虛溫，則，即氣塊之垂直動能就會增加，亦即上升有正的加速度，是為不穩定。反之則為穩定。又知，在斜溫圖上，∴如果，即i.e.在上升氣塊未飽和前，穩定但在飽和後，不穩定，，圖7-4氣塊法示意圖之三LFC的高度對此影響很大。如正區面積>負區面積（代表推舉氣塊至LFC所需的能量）即為條件性不穩定，其不穩定度可由正負面積比定之。l7.5對流或位勢不穩定度（convective&potentialinstabil

6、ity）由以上狀況可知，乾絕熱運動之穩定度由，即決定；7-27濕空氣的絕熱運動之穩定度，則由，即決定。i.e.，當時為，對流亦即位勢不穩定。由於，所以，如果，且時會小於0，濕絕熱對流不穩定。即「下濕上乾之空氣柱具位勢不穩（定）度」。在斜溫圖上此種不穩定度可由判定，即「當一層空氣之特徵曲線（characteristiccurve）之斜率隨高度偏向假絕熱線右（左）邊時，該氣層為位勢穩定（不穩定）。」〝Alayerispotentiallystableorpotentiallyunstableaccordingasitscharacteristicc

7、urveslopesupwardtotherightortotheleftofthepseccdoadiabatsonthethermodynamicdiagram.〞此處的〝特徵曲線〞原為Rossbydiagram（以為縱軸，混合比為橫軸之熱力圖）上與交點之連線，在現用之斜溫圖上，可以各層空氣LCL（又稱等熵凝結面，isentropiccondensationlevel）連線替代之（LCL處之氣壓、溫度通常稱之為凝結氣溫與凝結溫度；而相對應之點則稱為特徵點characteristicpoint、絕熱飽和點或絕熱凝結點（adiabaticsat

8、uration（condensation）point）。各特性點即LCL高度可以下述近似式求得：Convectiveparameters：1.Stab