大氣物理 空氣狀態(tài)方程

問題引入1.3大氣的狀態(tài)參數(shù)

與

1.4空氣的狀態(tài)方程在氣象學(xué)上，大氣的物理性狀主要以氣象要素和空氣狀態(tài)方程來表征。知識點(diǎn)介紹

1.3大氣的狀態(tài)參數(shù)氣溫氣壓溫度風(fēng)云能見度降水1.氣溫定義：大氣的冷熱程度的物理量目前，氣象觀測和記錄的氣溫，是指離地面一定高度上（規(guī)定離地面1.5m高），放在百葉窗箱里的溫度計(jì)測得的空氣溫度。一般用T來表示。氣溫的實(shí)質(zhì)是空氣分子平均動(dòng)能大小T當(dāng)空氣獲得熱量時(shí)，其分子運(yùn)動(dòng)的平均速度增大，平均動(dòng)能增加，氣溫升高。反之......A熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度稱為熱力學(xué)溫度或絕對溫度，單位為開爾文，用符號K表示。絕對溫度為273.16K。絕對溫標(biāo)（T）B用符號℃表示T=273.15+t水的沸點(diǎn)溫度100℃冰的融點(diǎn)0℃攝氏溫標(biāo)（t）C用符號℉表示F=1.8t+32水的沸點(diǎn)212℉冰的融點(diǎn)32℉華氏溫標(biāo)（F）溫標(biāo)1965年7月新疆吐魯番民航機(jī)場48.9oC1969年2月13日黑龍江漠河–52.3oC相差超過100oC我國溫度極值2請?jiān)谶@里輸入您的標(biāo)題？氣溫差異為什么這么大大氣溫度的時(shí)間變化，包括由地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)引起的氣溫周期性變化，以及由大氣運(yùn)動(dòng)引起的非周期性變化。周期／非周期變化大氣的時(shí)空變化氣溫周期變化日變化季節(jié)變化日較差隨緯度增高而減少，隨海拔高度增加而減少；晴天大陰天?。幌募敬蠖拘。淮箨懘蠛Ｑ笮?。年較差隨緯度增高而增大，隨海拔高度增加而減少；大陸大海洋??；內(nèi)陸大沿海小。氣溫的年變化反映了氣候上的冷暖，是劃分氣候季節(jié)的重要指標(biāo)。是由于大規(guī)模的氣流交替而引起的。氣溫非周期變化2.氣壓氣壓就是指大氣的壓強(qiáng)，任意高度上的氣壓值等于單位面積上所承受的大氣柱的重量。一般用p來表示。氣壓是大氣分子運(yùn)動(dòng)撞擊物體表面產(chǎn)生的力，單位體積中的氣體分子越多，則氣壓越高托里拆利實(shí)驗(yàn)大氣壓強(qiáng)的大?。河捎赑氣=P水=ρ水gh水，而ρ水太小，需h水很大，玻璃管的長度有限，改用增大ρ液，減小h液的方法，取ρ液很大的液體——水銀來測大氣壓的大小。當(dāng)選定溫度為0℃，緯度為45°的海平面時(shí)，氣壓為

1013.25hPa，稱為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。

在氣象和工程中還常用標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm）作為壓力單位，

即1atm=1013.25hPa。氣壓隨高度的變化P=∫ρgdz海拔越高，氣壓越低實(shí)質(zhì)：氣壓的大小決定于整個(gè)空氣柱的質(zhì)量多少。氣壓隨著高度增加而降低。甲1000m3000m乙1000hpa(海平面）

850hpa(1500m）

700hpa(3000m）500hpa(5500m）

300hpa(9000m）

氣壓不僅與高度有關(guān)，而且與空間位置、時(shí)間也有關(guān)。

一般在高緯度氣壓高，而低緯度氣壓低；并且，它不僅有日變化、季節(jié)變化、年際變化，而且還有非周期的變化。這些非周期變化將產(chǎn)生不同的天氣和氣候異常現(xiàn)象，如在冬季，我國北方氣壓變低之后，經(jīng)常出現(xiàn)陰雨天氣，而后有寒潮的到來。日變化單峰最大值出現(xiàn)在清晨最小值出現(xiàn)在午后雙峰最大值出現(xiàn)在9—10點(diǎn)、21—22點(diǎn)最小值出現(xiàn)在3—4點(diǎn)、15—16點(diǎn)三峰年變化大陸上最大值出現(xiàn)在冬季，最小值出現(xiàn)在夏季海洋上最大值出現(xiàn)在夏季，最小值出現(xiàn)在冬季高山上最大值出現(xiàn)在夏季，最小值出現(xiàn)在冬季3.濕度

空氣濕度：空氣中水汽含量的多少或潮濕程度。濕度參量：表征空氣中水汽含量的多少和潮濕程度的物理量。濕度參量水汽壓、飽和水汽壓相對濕度露點(diǎn)溫度飽和差比濕混合比絕對濕度空氣濕度參量1、水汽壓（e）定義：空氣中水汽的分壓強(qiáng)。單位：百帕(hPa)1百帕(hPa)=100帕斯卡(Pa)反映空氣中水汽含量的多少水汽含量水汽壓e飽和空氣：在溫度一定情況下，單位體積空氣中的水汽量有一定限度。如果水汽含量達(dá)到此限度，空氣就成飽和狀態(tài)，這時(shí)的空氣稱飽和空氣。飽和水汽壓（E）：飽和空氣的水汽壓稱為飽和水汽壓（E），也叫最大水氣壓，因?yàn)槌^這個(gè)限度，水氣就要凝結(jié)。水汽含量沒有達(dá)到極限的空氣稱為未飽和濕空氣，其實(shí)際水汽壓為e2、

飽和水汽壓（E）定義：飽和濕空氣中水汽的分壓強(qiáng)。反映空氣的最大水汽容納能力.飽和水汽壓僅取決于溫度（馬格奴斯半經(jīng)驗(yàn)公式）EET當(dāng)e<E時(shí)，空氣中水汽沒有達(dá)到飽和當(dāng)e>E時(shí)，空氣中的水汽已超過飽和只有在實(shí)驗(yàn)室里，在極其純凈的空氣中可以得到當(dāng)e=E時(shí)，空氣中水汽正好達(dá)到飽和絕對濕度參量1．絕對濕度單位體積空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量單位：kg/m32.混合比：濕空氣中水汽的質(zhì)量與濕空氣中干空氣質(zhì)量的比值。ρv＝———m水汽Vm水汽m干空氣r＝————3.比濕：濕空氣中水汽的質(zhì)量與濕空氣總質(zhì)量的比值。=0.622e/P

4、露點(diǎn)溫度（Td）定義：對于含有水汽的濕空氣，在不改變氣壓和水汽含量的情況下，降低溫度而使空氣達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度。水汽含量越高，露點(diǎn)越高EeTTTdeE（T,e）相對濕度參量1、相對濕度（f）定義：空氣的實(shí)際水汽壓與同溫度下的飽和水汽壓的百分比值。相對濕度越大，空氣越接近飽和，相對濕度越小，空氣越不飽和注意：相對濕度的大小只能表示空氣距離飽和的相對程度，不能反映實(shí)際水汽含量的大小。2.露點(diǎn)溫度差未飽和濕空氣的溫度與飽和濕空氣的溫度差（T-Td

）（T-Td

）>0為未飽和狀態(tài)（T-Td

）=0為飽和狀態(tài)（T-Td

）<0為過飽和狀態(tài)（T-Td

）越小，空氣越接近飽和從物理學(xué)的角度，通常用質(zhì)量、體積、溫度和壓強(qiáng)來表征大氣的物理狀態(tài)，這四個(gè)參量之間是相互聯(lián)系，相互影響、相互制約的。對于一定質(zhì)量的空氣，其體積、溫度和壓強(qiáng)之間存在一定的函數(shù)關(guān)系，例如，一個(gè)小空氣塊做上升運(yùn)動(dòng)時(shí)，隨著高度的增大，其所受到的環(huán)境大氣的壓力減小，氣塊的體積發(fā)生膨脹，壓強(qiáng)減小，同時(shí)由于體積膨脹做功，消耗內(nèi)能，氣塊的溫度降低。1.4空氣的狀態(tài)方程兩個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)----兩個(gè)基本的定律：波意耳實(shí)驗(yàn)：在溫度一定下：V與P成反比P=K1/VK1為常數(shù)查理氏實(shí)驗(yàn)在氣壓一定時(shí)，體積的變化決定于溫度：V=K2T1.理想空氣狀態(tài)方程大量實(shí)驗(yàn)證明，常溫常壓下，一定質(zhì)量氣體的P乘以V，再除以T，其商不變：P1V1/T1=P2V2/T2=···=PnVn/Tn，即PV/T=常量可見：T一定時(shí)，P與ρ成正比；ρ一定時(shí)，P與T成正比。分子運(yùn)動(dòng)論：氣壓大小決定于器壁單位面積上單位時(shí)間內(nèi)受到的碰撞次數(shù)及每次碰撞的平均動(dòng)能大小。

ρ大，分子數(shù)量多，碰撞次數(shù)多，P大；T高，分子平均動(dòng)能大，P大。PV=mM·R*TR=R*Mρ=MVP=ρRT由于干空氣的各種氣體的比例是固定，它的密度可表示成各種氣體的密度的和。根據(jù)道爾頓氣體分壓定律：互不起化學(xué)變化的成分混合而成的氣體，其氣體的總壓強(qiáng)等于個(gè)種成分氣體的分壓強(qiáng)之和。2.干空氣狀態(tài)方程P=ρdRdTMd=28.964g/molRd=R*/Md=8.31/28.97=287J/Kg·K三、虛溫與濕空氣的狀態(tài)方程q為比濕令Tv=(1+0.608q)T稱為虛溫。濕空氣的狀態(tài)方程為：三、虛溫與濕空氣的狀態(tài)方程Tv=(1+0.608q)T所謂虛溫（virtualtemperature），它是指混合比濕為q的濕空氣變成同樣壓強(qiáng)和同樣比容的干空氣時(shí)的假想溫度。Tv>TTv/T≈1重難點(diǎn)問題1.三種溫標(biāo)的含義及之間的轉(zhuǎn)換2.壓高公式3.濕度的多種參量的熟悉掌握4.空氣狀態(tài)方程公式的推導(dǎo)以及熟練運(yùn)用問題思考?xì)鈮旱亩x、單位？標(biāo)準(zhǔn)大氣壓？壓高公式？溫度的定義、單位及轉(zhuǎn)換？濕度的幾種定義、單位？大氣緯向平均溫度隨緯度、高度分布的特征？理想氣體、干空氣、濕空氣的狀態(tài)方程？知識圖解濕度參量水汽壓、飽和水汽壓相對濕度露點(diǎn)溫度飽和差比濕混合比絕對濕度溫標(biāo)絕對溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)空氣狀態(tài)方程理想空氣狀態(tài)方程干空氣狀態(tài)方程濕空氣狀態(tài)方程參考資料主要是課本