《大气的热力学过程》PPT课件

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1、第四章大气热力学基础本章要点：掌握气块（空气微团）的假定、干绝热过程、湿空气的绝热过程、位温和假相当位温、逆温层的概念。掌握热力学第一定律在大气中的表达式、大气静力稳定度的判别，条件性不稳定、对流性不稳定的意义，了解空气温度的个别变化和局地变化、影响空气温度局地变化的因素。熟悉T-LnP图的使用，了解对流有效位能、对流抑制位能的意义。4.1热力学第一定律在大气中的应用热力学第一定律任何一种形式的能量，在一定条件下，可以从一种形式转换成另一种形式。但在转化过程中能量的总值始终保持不变。4.1.1热力学第一定律的一般

2、表达式初、终两态相差无限小----无限小过程4.1.2热力学第一定律在气象上的应用形式定容比热:在等容过程中则：对于理想气体，其内能只决定于温度T，而与比容无关（焦耳定律）热力学第一定律在气象上的应用形式之一热力学第一定律在气象上的应用形式之二依状态方程取微分得:将代入得:热力学第一定律在气象上的应用形式之二---热流量方程在等压的情况下，得：定压比热应用形式之二：或：预备知识：系统与外界：所研究的物体或物体系称为系统；而其余的与这个系统可能发相互作用的物质环境称为“外界”或“环境”。系统与外界间互相影响

3、方式：作功、热传递、交换质量三种方式。根据系统与外界是否交换物质分为开放系和封闭系。大气热力学中所讨论的系统？封闭系大气热力学中所讨论的系统主要有两类A、未饱和湿空气系统，可以当作由干空气和水汽组成的二元单相系。B、含液态水（或固态水）的饱和湿空气系统。是指由水滴或（和）固态水质料组成的云雾系统，是含有干空气和水物质的二元多相系。准静态过程和准静力条件准静态过程：一个封闭系统若其经历的某过程进行得无限缓慢，以至于系统在此过程中的每一步都处于平衡态，则称此过程为准静态过程。准静力条件：P=PeP代表系统内部压强，P

4、e代表外界压强。4.2大气中的干绝热过程4.2.1气块的概念和基本假定气块或空气微团是指宏观上足够小而微观上含有大量分子的空气团，作为对实际空气的近似。绝热过程：仅因气体膨胀和压缩所引起空气温度的增热和冷却过程称绝热过程。规定：1、此气块内温度、压强和湿度等都呈均匀分布，各物理量服从热力学定律和状态方程。4.2.1气块的概念和基本假定2、气块运动时是绝热的，遵从准静力条件，环境大气处于静力平衡状态。和但应指出，气块内部的温度、密度、湿度不一定和外界的相等。4.2.2大气中的干绝热过程（1）条件：1）未饱和湿空气（

5、无相变）2）在绝热过程中，，若讨论的是未饱和湿空气（无相变），这样的过程称为干绝热过程。热流量方程：令：积分上式：4.2.2大气中的干绝热过程（2）1）干绝热过程是可逆过程2）绝热过程中温度的改变完全由环境气压的改变决定4.2.3干绝热减温率（1）假设大气处于流体静力平衡状态，由准静力条件将气块内外气压相联系，利用静力学方程，未饱和湿空气绝热方程：利用湿空气状态方程，上式可写成：可认为Tv/Tve14.2.3干绝热减温率（2）因此未饱和湿空气的干绝热减温率为：对于干洁大气,干绝热减温率为=9.76K/gpkm

6、9.8K/gpkm显然4.2.3干绝热减温率（3）应注意：表示气块在作绝热升降运动时，气块本身温度随高度的变化率，它基本上是一个常数。而气块四周环境空气温度随高度的变化率，我们可以从无线电探空求得，即四周环境空气温度的垂直梯度，其值可以大于，也可能小于。或等于，并随高度变化，不是一个常数。4.2.3干绝热减温率（4）两个概念：1）状态曲线：气块在做垂直运动时，其温度随高度的变化曲线称为状态曲线。干绝热过程的状态曲线称为干绝热线。2）层结曲线：环境空气温度随高度的分布曲线，称为层结曲线。T干绝热线LnP在T_LnP

7、图上绘制层结曲线大气中，实际大气温度随高度的变化曲线。由探空资料：P(hpa)1000925850700500300250T(℃)2320.58-10-25-35-37LnPT℃(1000,23)(925,20.5)(850,10)(700,-10)(500,-25)(300,-35)(250,-37)P(hpa)1000925850700500300250T(℃)2320.58-10-25-35-37由探空资料：4.2.4位温（1）位温：将空气块按干绝热过程移至标准气压（1000hPa）时气块成具有的温度，又称

8、为位置温度，常以绝对温标表示。同样可以定义一个虚位温v4.2.4位温（2）---位温与热量收支空气块收入热量时位温增加；放出热量时位温降低位温在干绝热过程中保持不变，称为在干绝热过程中具有保守性。熵熵：标志能量转化为功的程度。表示气块收入热量的多少。收入热量时位温增加，放出热量时位温降低。干绝热过程位温不变，所以它是一个等熵过程，称为在干绝热过程中具有保守性，在研究大气