9干绝热过程介绍.ppt

第四节 大气中的湿绝热过程 式中的cpdT 和cpdT′ 分别是上述两种状态的干空气比焓，气象学上称为显热能；Lvr和 Lvr′ 被称为潜热能。(6.7.2)式表明，等压绝热过程中显热能与潜热能之和近似不变。在等压绝热蒸发过程中，显热能不断转变成潜热能，显热能减少，而潜热能增加。 下面讨论两种极端情况： （1）假设系统经过等压绝热凝结过程（假想的过程）成为干燥空气，水汽全部凝结并放出潜热使空气升温，空气的最终温度Te应为 Te被称为相当温度或等压相当温度。但是，由于在绝热的孤立系中，水汽未饱和时不可能自动凝结，只会自动蒸发，故自然界中并不存在等压绝热凝结过程，只存在其逆过程即等压绝热蒸发过程。因此可将相当温度定义成为：系统经等压绝热蒸发过程成为湿空气（p,T, r）以前，绝对干燥的空气所应具有的温度。也就是说相当温度是这个等压绝热蒸发过程中所可能有过的最高温度。 类似的，可以定义相当位温。 基本不用 （2）假设系统由等压绝热蒸发过程达到饱和，此时液态水尚未蒸发完，温度已不再下降，此时有 式中Tw称为湿球温度，这是在等压绝热蒸发过程中，系统内的液态水蒸发使空气降温，达到饱和时空气所具有的温度，是这个过程中的最低温度。这是理论上的湿球温度，也称等压湿球温度。 下面将介绍与它们差别不大却容易由图解确定的两个温湿参量－绝热相当温度和绝热假湿球温度，即假相当温度和假湿球温度。 假湿球温度和假湿球位温 在埃玛图上图6.12，空气由原来的状态A沿干绝热线上升，到达抬升凝结高度C后再沿假绝热线下降到原来的气压处B，则B处的温度即为假湿球温度或称绝热湿球温度，以Tsw表示。 假湿球位温θsw就是将假湿球温度Tsw沿着假绝热线降到1000hPa处所具有的温度。显然，假湿球位温在干绝热和湿绝热过程中都是保守的。 假相当位温和假相当温度 第四节小结 湿绝热过程定义以及两种极端过程。 湿绝热减温率与干绝热减温率之间的大小关系，会解释其原因。 假相当位温和假相当温度的定义。 假相当位温的保守性。 焚风效应(现象)的定义和原因。 第五节 热力学图解 * 6.2 干绝热过程和位温 6.2.1 绝热过程 任一气块与外界之间无热量交换时的状态变化过程，叫做绝热过程(Adiabatic process) 。 干空气或未饱和湿空气块绝热变化时，气块内部没有发生水相变化，称作干绝热过程(Dry adiabatic process)。例如，干空气块升降，未饱和湿空气块的升降过程。 饱和湿空气块绝热变化时，气块内部有发生水相变化且凝结物全部留在气块内，称作湿绝热过程(Wet adiabatic process)。 饱和湿空气块绝热变化时，气块内部有发生水相变化且凝结物部分或全部降落离开气块，称作假绝热过程(Pseudo adiabatic process)。 第3章 大气热力学 6.2.2 干绝热方程 对于干绝热过程，dQ=0, 因此，干空气热力学第一定律为： 或 从初始状态(T0,P0)到任意状态(T,P)积分，得： 上式就是干空气或未饱和湿空气的绝热方程，即干绝热方程，也称为泊松方程,它反映了干绝热过程中，气块温度和气压间关系 有时也使用泊松方程的近似式： 考虑到实际大气中的比湿 q<0.04 kg/kg, 所以（6.2.2）式可近似表示为 k = 0.286 对于未饱和湿空气 二、干绝热减温率 定义：作干绝热升降运动的气块温度随高度的变化率，称为干绝热递减率。对于未饱和湿空气块的干绝热减温率为γV 公式为: 2. 对于干洁大气，γd的数值 在热流量方程中令dQ = 0, 并整理得 把准静力条件，大气静力方程和环境空气状态方程代入，有 由于 因此可近似为 所以 T0、P0 T、P z0 T0 T z T 三、位温 1. 定义：把空气块干绝热膨胀或压缩到标准气压时应有的温度。用θ表示，未饱和湿空气和干洁大气位温其定义式为 同样，可以定义一个虚位温?v ： 虚位温与位温的关系是: 上式中? 应是T、p和q的函数，p00是标准气压（常取1000hPa）。 虚位温与位温的关系是大气热力学、大气动力学、边界层气象学和云雾降水物理学中非常有用的一个参数。 2. 位温θ的守恒性 (6.2.8)两边取对数然后微分，可得 对热流量方程 两边同除以cpT, 则有 比较上两式可得， 由上式可以得出结论：空气块吸收热量时位温增加；放出热量时位温降低；干绝热过程是等熵过程，位温保持不变，即干绝热过程中位温θ是守恒量。 热力学第一定律的形式之一 1000 T0 T -lnp