大气不稳定性与对流.pptVIP

第八章大气的不稳宠性与对流  大气的不稳定性或稳定性是指处于某种平衡状态下的气流 在受到扰动后,扰动将会增强或减弱的趋向 ·本章主要介绍一些与中尺度扰动关系密切的大气不稳定的 概念及判据  在具有风的垂直梯度和(或)浮力不稳定的水平气流中有三种 不稳定可以增长: ·静(重)力不稳定(浮力不稳定) 尺度:几~几十千米 ·惯性浮力不稳定(对称不稳定) 尺度:几十~几百千米 ·开尔文-亥姆霍兹不稳定(切变型不稳定) 尺度:几~几十干米  581条件性不稳定 静力(重力)不稳定 大气的层结性可用一—表示,日为环境大气的位温。 假设大气处于静力平衡,一气块受到扰动后产生垂直位 移,若气块受回复力作用又回到初始位置,则称为静力(或 重力)稳定;反之若气块加速离开初始位置,则称为静力(重 力)不稳定;而如果气块能在新位置上又达到平衡,则称为 中性。据此可推出静力不稳定判据—一  设气块在运动中与环境没有热量、水分、质量及动量 的交换,无摩擦。同时假定满足准静态条件,由垂直运动 方程 p g-一 dt O OZ d dt e. g=g方 - ==0(z)-6(z] dt日 其中O(z)为在z高度上的气块的位温,b(z)为在z高度 上的环境大气的位温 4  设在Z0=0处,B=6n=60 de 为气块位温垂直递减率 de 为环境位温垂直递减率 在z=zn+δz高度,环境位温为: 0(z)=0(0z)=bn=0bz(2)  de 在干绝热条件下,位温守恒,即 0,所以: de 0(z)=0(dz)=0+,z=00(3) 将上式代入(1)式,即: dw [O(z)-O(z) (1) 得:dw= z d乙 de Sz 6  de N(Brunt-Vaisala) (5) d乙 dw Z dt 由于当一O时有加速运动,一0时减速,而决定加速、 dt dt de d 减速运动的量为一。因此,一一可作为静力稳定度判据: d乙 0静力稳定 de 0静力中性 (6) d 0静力不稳定  二、条件性不稳定(对流不稳定) 对于湿绝热运动可推出条件性不稳定判据: 由相当位温的表达式: ee=eexp (Lasc t) (7) 其中L,qs,分别为凝结潜热、饱和比湿,定压比热,6 为位温 对上式取对数并微分,有 dIne=dIn ge-d(Ls/pt)(8) 对湿绝热运动:dn60  de 0z az cT 将方程右端展开,略去水平方向的变化 de a lq Sz or z CT de T