《大气静力稳定度》课件

稳大气静力定度大气静力稳定度是指大气层抵抗垂直运动的能力稳定度会影响天气现象，如云的形成、降水、大气污染等导论稳响1大气静力定度的重要2影天气和气候性影响降雨、云层形成、污染物大气静力稳定度是天气和气候扩散等天气现象.变化的重要因素之一.对响3航空气象的影影响飞机飞行安全，并对航路选择和飞行效率产生影响.稳

1.1大气静力定度的概念义定垂直气流大气静力稳定度是指大气层对垂直当空气块垂直移动时，受到周围空运动的抵抗能力气压力的影响，温度和密度会发生变化稳稳定性不定性如果空气块受到扰动后，能够恢复如果空气块受到扰动后，能够继续到原来的位置，则称该大气层为稳向上或向下运动，则称该大气层为定的不稳定的稳

1.2大气静力定度的重要性响现响污扩响影天气象影大气染散影航空气象静力稳定度影响云的形成和发展，进而影响大气静力稳定度影响空气污染物的扩散和积静力稳定度影响大气湍流和风切变，对飞行降雨、雷暴等天气现象累，对空气质量有重要影响安全和航路选择至关重要稳大气参数与静力定度大气静力稳定度受大气参数影响关键参数包括温度、水汽、密度等

2.1温度梯度义响定影因素温度梯度是指气温随高度的变化率它是衡量大气层稳定性的重要温度梯度受多种因素影响，包括太阳辐射、地表性质、大气环流等指标之一温度梯度通常用每千米高度的温度变化来表示，单位为摄氏度/千例如，在晴朗的白天，太阳辐射使近地面气温升高，导致温度梯度米较大

2.2水汽梯度水汽梯度露点温度是指空气中水汽达到饱和时的温度水汽梯度是指大气中水汽含量随高度的变化率水汽梯度与大气稳定度密切相关水汽梯度决定了云的形成和发展变

2.3大气密度随高度的化稳别大气静力定度的判大气静力稳定度是描述空气层稳定程度的关键参数，它决定了大气中的各种现象，如云的形成、空气污染扩散、以及天气变化频

3.1Brunt-Väisälä率义计定算公式Brunt-Väisälä频率，也称为大气静力稳定度频率，它表示空气块Brunt-Väisälä频率的计算公式如下在受到扰动后垂直振荡的频率N²=g/ρdρ/dz+g dθ/dz该频率的平方与大气静力稳定度成正比，因此可以用来判断大气稳定度其中，g为重力加速度，ρ为空气密度，θ为空气位温，z为高度

3.2Richardson数义

11.定

22.公式Richardson数是用来衡量大气Ri=g/θ∂θ/∂z/∂u/∂z^2静力稳定度的一个重要参数，，其中g是重力加速度，θ是位它表示浮力与风切变之间的比温，z是高度，u是风速率义应

33.意

44.用Ri值可以帮助判断大气是否稳Richardson数在气象预报、航定，Ri值越大，大气越稳定，Ri空气象、大气污染扩散等领域值越小，大气越不稳定都有广泛的应用稳

3.3不同定度情况下的特征大气静力稳定度可分为三种情况稳定、不稳定和中性稳定大气中，气块向上移动后，密度大于周围空气，会受到浮力作用而下沉，最终回到原位不稳定大气中，气块向上移动后，密度小于周围空气，会受到浮力作用而继续上升，直至达到平衡中性大气中，气块向上移动后，密度与周围空气相等，不会受到浮力作用，保持原有状态边层稳大气界中的静力定度大气边界层是地球表面和自由大气之间的过渡区域，受地表摩擦、热量和水汽交换的影响，其静力稳定度对天气和气候有着重要的影响对稳响

4.1地表摩擦静力定度的影地面摩擦力会减缓风速,形成边界层边界层内气流受到摩擦影响,湍流增强湍流增加热量和动量交换,降低气温,影响静力稳定度辐过对稳响

4.2射程静力定度的影阳辐间辐太射夜射冷却太阳辐射加热地表，导致地表温度升高，形成对流层低层的气温逆夜间，地表辐射冷却，导致地表温度下降，形成对流层低层的气温增逆温层稳

5.静力定度与云的形成大气静力稳定度直接影响着云的形成和发展当空气处于不稳定状态时，暖湿空气上升，冷却凝结，形成对流云稳定的大气条件下，空气不易上升，云的形成主要受其他因素，例如锋面抬升或地形抬升影响对

5.1流云的形成对流云形成于不稳定的空气中稳

1.不定空气1地面受热，空气上升对

2.流上升2上升空气冷却，水汽凝结

3.云体形成3云体逐渐增长，形成对流云当空气处于不稳定状态时，较热的空气上升，较冷的空气下降，形成对流运动层

5.2状云的形成稳定大气层层状云通常形成于稳定的大气层，空气垂直运动受阻，导致水汽缓慢凝结水平运动稳定层中的空气主要以水平运动为主，导致水汽逐渐累积，形成云层云层特征层状云通常呈片状或层状，颜色灰白或暗灰色，云层较薄，透光性较好常见类型•高层云•高积云•层积云稳污扩静力定度与空气染散大气静力稳定度对空气污染物的扩散和分布有显著影响不同静力稳定度条件下，污染物扩散模式差异很大层对污扩

6.1逆温染物散的影响稳污大气定度染物滞留逆温层是气温随高度升高的现象，逆温层阻止污染物垂直扩散，使污形成一层稳定的大气层染物在低层大气中积累，造成严重空气污染污积染物累逆温层使污染物浓度增加，导致雾霾等现象，对人体健康造成危害稳污扩

6.2不同定度下的染散特征稳稳定大气不定大气污染物扩散缓慢，垂直方向上扩散污染物扩散迅速，垂直方向上扩散有限污染物主要在低层大气中积范围大污染物容易被抬升到高层累，容易造成局部地区严重污染大气，污染程度相对较低中性大气污染物扩散介于稳定和不稳定之间污染物扩散速度适中，垂直方向上扩散程度也较为适中稳对响静力定度航空气象的影大气静力稳定度对航空气象有重要影响，影响飞行安全和航路选择对飞响

7.1行安全的影见湍流能度大气静力稳定度影响湍流强度，湍流会对静力稳定度影响云的形成，云会降低能见飞机造成颠簸，影响飞行安全度，影响飞行安全对选择响

7.2航路的影飞

11.行安全

22.燃油效率静力稳定度影响空气湍流，湍稳定大气层有利于飞机平稳飞流可能导致飞机颠簸，影响飞行，减少燃油消耗，提高燃油行安全效率线规划

33.航根据静力稳定度信息，选择最佳航线，避免穿越湍流区域，提高飞行效率值稳数模式中的静力定度参数化数值天气预报模式需要将大气静力稳定度纳入模型，以模拟大气过程静力稳定度参数化方案在模式中模拟大气稳定度的变化，例如对流混合过程稳

8.1PBL方案中的静力定度参数化稳拟参数化方案静力定度参数化模型模PBL方案是数值天气预报模型中重要的组成静力稳定度参数化是PBL方案中不可或缺的参数化方案通过简化的数学公式，模拟了静部分，负责模拟大气边界层内的物理过程一部分，它描述了大气层结对边界层湍流的力稳定度的影响，并将其应用于数值预报模影响型值稳评

8.2数模式中静力定度的估评估数值模式中的静力稳定度参数化方案的分析静力稳定度参数化方案对模拟结果的影研究静力稳定度参数化方案的改进策略，例准确性，可以使用观测资料或其他数值模式响，例如对气温、湿度、风速等要素的影响如考虑不同地形、边界层条件的影响，以及的模拟结果进行比较更复杂的物理过程总结与展望本课程讲解了大气静力稳定度的基本概念，并阐述了其在气象学、环境科学和航空气象学等领域的应用课程内容涵盖了静力稳定度的判定方法、对天气现象和污染扩散的影响，以及数值模式中对静力稳定度的参数化等课

9.1本程的主要内容稳稳别大气静力定度的概念大气静力定度的判方法介绍大气静力稳定度的定义、重要性以及与大气重点讲解了Brunt-Väisälä频率和Richardson运动的关系数这两个重要判别指标稳现值稳静力定度与天气象数模式中的静力定度参数化详细分析了静力稳定度对云的形成、空气污染扩介绍了数值模式中如何模拟和处理静力稳定度，散和航空气象的影响以及它对模式结果的影响

9.2未来研究方向稳稳静力定度与湍流静力定度与云物理对静力稳定度与湍流相互作用的深入研究，可以更准确地预测湍流对静力稳定度对云物理过程的影响进行更深入的研究，可以提高对的发生、发展和消散云的形成、发展和消散的理解这将有助于提高天气预报的精度，尤其是对中小尺度天气现象的预这将有助于提高对降水量和云辐射的预报精度报。