f =q-G=ρg-ρg (3-17)
单位质量气块所受的力就是加速度a,所以
(3-18)
由状态方程
及P=P´代入(3-18)式则
(3-19)
(3-19)式是判别稳定度的基本公式。当气块温度比周围大气温度高时,即T´>T时a>0,气块将受到一向上加速度而上升,大气是不稳定状况;当气块温度比周围大气温度低时,即T´<T时a <0,气块将受到一向下的加速度,气块有返回原来位置的趋势,大气是稳定的;当T´=T时a=0,大气是中性状态。
(二)未饱和湿空气的稳定度
当干空气或未饱和湿空气块上升△Z高度时,其温度T´=T
0-r
d△Z,周围空气温度为T =T
0-r △Z,将此两式代入(3-19)式得到
(3-20)
由(3-20)式可见,r-r
d的符号决定a与△Z的方向是否一致,也就是决定了大气是否稳定。
1、 当 r<r
d 时,若△Z > 0,则a<0,加速度与位移方向相反,大气层结是稳定的。
2、 当 r>r
d 时,若△Z > 0,则a >0,加速度与位移方向一致,大气层结是不稳定的。
3、 当 r=r
d 时, a =0,大气层结呈中性。
(三)饱和湿空气的稳定度 饱和湿空气块在作铅直运动时,温度沿湿绝热直减率变化,即气块温度
T´=T
0-r
m△Z,周围空气温度为T =T
0-r △Z代入(3-19)式得到
(3-21)
1、当 r<r
m 时,大气层结稳定的。
2、当 r>r
m 时,大气层结不稳定的。
3、当 r=r
m 时,大气层结为中性。
综上所述,不论干空气、未饱和湿空气和饱和湿空气的稳定度都决定于r、r
d、r
m三者间的比值。总括起来有四种情况,即:
1、当 r<r
m<r
d时,不论空气是否饱和,大气都是稳定的,称为绝对稳定。
2、当 r>r
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