地球科学Ⅱ›大气·海洋的运动

大气热力学

Atmospheric Thermodynamics

为什么爬山会变冷
💡 绝热变化的直观
①地表空气沿山上升
②高度升高 → 气压下降(空气被挤压少了)
③气压下降使空气膨胀 → 温度下降
④这就是"绝热冷却" — 不与外界交换热量自行变冷
⑤反之空气下沉时压缩 → 绝热加热(焚风现象!)
云是怎么形成的
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☁️ 云形成过程
①空气块上升 → 气压↓ → 膨胀 → 温度↓
②干绝热递减率:约10°C/km
③在某高度气温达到露点 → 水汽凝结开始
④凝结开始的高度 = 云底(抬升凝结高度)
⑤之后凝结潜热释放,冷却变慢 → 湿绝热递减率(~5°C/km)
大气稳定度 — 三种判断
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稳定度判定标准
不稳定:Γ环境 > Γ干(10°C/km)
上升空气比周围更暖 → 持续上升 → 对流活跃
稳定条件
稳定:Γ环境 < Γ湿(5°C/km)
上升空气比周围更冷 → 趋向下沉 → 抑制对流
📐 为何稳定度重要
①不稳定大气 → 积状云(雷阵雨)
②稳定大气 → 层状云(雾·小雨)
③条件性不稳定:干燥时稳定、凝结时不稳定
④天气预报核心:分析大气稳定度
焚风现象与实生活
🏔️ 越山的热风
①湿空气沿山上升 → 按湿绝热递减率(5°C/km)冷却
②山顶附近降雨(释放水分)
③越山下降 → 已变干的空气 → 按干绝热递减率(10°C/km)加热
④结果:背风面变成热而干的风(焚风现象)
⑤起点25°C、2km山:上升 -10° → 15°C、下降 +20° → 35°C!
总结
核心数值
干绝热 ≈ 10°C/km | 湿 ≈ 5°C/km
是否凝结决定冷却速率不同
🎯 考试要点
①干绝热 ≈ 10°C/km、湿绝热 ≈ 5°C/km
②Γ环境 > Γ干 → 绝对不稳定(强对流)
③Γ环境 < Γ湿 → 绝对稳定(抑制对流)
④Γ湿 < Γ环境 < Γ干 → 条件性不稳定
⑤不稳定 → 积云(阵雨)、稳定 → 层云(小雨)