【课件】第3章 空气的运动 第3节 空气的垂直运动

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1、第三节空气的垂直运动1、空气垂直运动形成的原因2、空气垂直运动的种类及特点（1）对流（2）系统性垂直运动（3）大气波动（4）大气乱流中国民航大学空管学院Page69空气的垂直运动大气运动基本上是准水平的，垂直运动的速度很小，一般仅为水平速度的百分之一，甚至千分之一或更小。然而垂直运动却与大气中云雨的形成和发展及天气变化有着密切关系，对飞机的飞行也有很大影响。中国民航大学空管学院Page701、空气的垂直运动之形成原因空气在垂直方向上受到两个力的作用：重力和垂直气压梯度力dpdzg上图为

2、单位体积空气块所受重力和垂直气压梯度力中国民航大学空管学院Page712、空气垂直运动的种类及特点之对流（1）对流的概念和特征（2）对流产生的原因（3）对流冲击力（4）大气稳定度中国民航大学空管学院Page722、空气垂直运动的种类及特点之对流（1）对流的概念和特征对流是指由于空气快与周围大气有温度差异而产生的，强烈而比较有规则的升降运动。对流的垂直运动速度是空气各种垂直运动中最大的，一般为1~10m/s，有时可达几十m/s。规模较小，维持时间较短。中国民航大学空管学院Page732、空气垂直

3、运动的种类及特点之对流当某空气团的温度高于四周空气温度时，气团获得向上浮力产生上升运动，升至上层向外流散，而底层四周空气便随之辐合以补充上升气流，这样便形成了空气的对流运动。中国民航大学空管学院Page742、空气垂直运动的种类及特点之对流对流产生的原因：单位体积的空气块所受到的合力F为：（空气块密度为，空气块周围大气密度为）FggPRTgPPgPTTFRTTRTT中国民航大学空管学院Page752、空气垂直运动的种类及特点之对流根据

4、牛顿第二定律有：dwgPPgPTTFmaFdtRTTRTTdwTTgdtT结论：当空气块温度高于周围大气温度时,有向上加速度。当空气块温度高于周围大气温度时,有向下加速度。中国民航大学空管学院Page762、空气垂直运动的种类及特点之对流对流冲击力：使得原来静止的空气产生垂直运动的作用力，称为对流冲击力。对流冲击力热力对流（热力和动力）对流动力对流中国民航大学空管学院Page772、空气垂直运动的种类及特点之对流大气稳定度：处于静

5、力平衡状态的大气中，一些空气团块受到动力因子或热力因子的扰动，就会产生向上或向下的垂直运动。这种偏离其平衡位臵的垂直运动能否继续发展，是由大气层结即大气温度和湿度的垂直分布所决定的。层结大气所具有的这种影响垂直运动的特性称为大气的静力稳定度，也称层结稳定度。中国民航大学空管学院Page782、空气垂直运动的种类及特点之大气稳定度判断静力稳定度通常采用“气块法”。运用气块模型，令气块离开平衡位臵作微小的虚拟位移，如果气块到达新位臵后有继续移动的趋势，则此气层的大气层结是不稳定的，它表明稍有扰动

6、就会导致垂直运动的发展。如果相反，气块有回到原平衡位臵的趋势，则这种大气层结是稳定的。如果气块既不远离平衡位臵也无返回原平衡位臵的趋势，而是随遇平衡，就是中性的。中国民航大学空管学院Page792、空气垂直运动的种类及特点之大气稳定度令和分别表示气块和环境大气的垂直减温率。当气块从平衡位臵作一微小位移dz后，其温度T就变成：TTdzdwTT0gTTdzdtT0dwgzddtTe中国民航大学空管学院Page802、空气垂直运动的种类及特点之大气稳定度

7、讨论：dwgzddtTe不稳定稳定中国民航大学空管学院Page812、空气垂直运动的种类及特点之大气稳定度中国民航大学空管学院Page822、空气垂直运动的种类及特点之大气稳定度大气稳定度有明显的日变化和年变化规律。白天的γ值增大，午后最大，大气不稳定，夜间γ值减小，后半夜和清晨最小，大气稳定。一年之中夏季大气最不稳定，冬季大气最稳定。中国民航大学空管学院Page832、空气垂直运动的种类及特点之系统性垂直运动大范围空气有规则的升降运动成为系统性运动。运动范围广阔（一般

8、为几百km到几千km）升降速度小（一般只有1~10cm/s）持续时间长（可达几天）一般产生于水平气流辐合、辐散区，以及冷、暖空气交锋区。中国民航大学空管学院Page842、空气垂直运动的种类及特点之系统性垂直运动辐合区空气质量增加，垂直气压梯度力增大，空气产生上升运动。辐散区相反，空气产生下沉运动。低压区气流辐合上升，高压区气流辐散下沉。中国民航大学空管学院Page852、空气垂直运动的种类及特点之大气波动大气和其他流体一样，可产生各种波动。在重力作用下