为什么冷空气向下流动
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发布时间：2022-04-23 20:08
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时间：2023-10-08 17:45
参考：
大气的热力过程
（一）太阳、大气和地面的热交换
太阳是一个炽热的球形体，表面温度约为5727摄氏度，不断以电磁波方式向外辐射能量。太阳（热核辐射波长0.15-4um之间）→地面吸收（以3-120um波长向大气辐射）→大气（水汽、二氧化碳吸收长波辐射的能力很强）。而且近地面40-50m厚的气层中就被全部吸收。低层大气吸收了地面辐射后，又以辐射的方式传给上部气层，地面的热量就这样以长波辐射方式一层一层地向上传递，致使大气自下而上的增热。
(二)气温的垂直变化
(1) 大气的绝热过程与泊松方程
大气的升降运动总是伴有不同形式的能量交换。如果大气中某一空气块作垂直运动时与周围空气不发生热量交换，则将这样的状态变化过程称为大气的绝热过程。
一般可以将没有水相变化的空气块的垂直运动近似地看作为绝热过程。
由热力学第一定律和理想气体状态方程，可以推导出描述大气热力过程的微分方程.
泊松方程:
T/T0=(P/P0)R/Cp=(P/P0)^0.288
dQ＝dU＋dW＝CpdT－RT(dp/p) （3－1）
式中：Q－加入体系的热量，J；
Cp－干空气的定压比热，Cp＝1005J／(kg.k)
R－干空气的气体常数，R＝287.0J／(kg.k)；
T－气块温度，k
P－气块压力，hPa
对于大气绝热过程，dQ＝0，式（3－1）变为
dT/T=(R/Cp)*(dp/p) （3－2）
将上式从气块升降前的状态（To，Po）积分到气块升降后的状态（T，P），则得：
(2)干绝热直减率 (3)位温 (4)温的垂直分布
(2)干绝热直减率
干空气块（包括未饱和的湿空气块）绝热上升或下降单位高度（通常取100m时）温度降低或升高的数值，称为干空气块温度绝热垂直递减率，以rd表示。其定义式为:
rd=-(dTi/dZ)d=g/Cp
g－重力加速度g＝9.81m／s2
Cp－干空气定压比热，Cp＝1005J／（kg．k）
下标i--表示空气块
下标d--表示干空气
，通常取 ，它表示干空气块（或未饱和的湿空气块）每升高（或下降）100m时，温度降低（或升高）约1k．
一干空气块绝热升降到标准气压（1000hPa）处所具有的温度称为它的位温。
(4)温的垂直分布
气温直减率
气温随高度的变化特征可以用气温垂直递减率 来表示，简称气温直减率。它系指单位（通常取100m）高差气温变化率的负值。若气温随高度增加是递减的，为正值，反之，为负值。 若Z↑，T↓，r=-(T2-T1)/(Z2-Z1)>0，正直，对流层，中间层。
若Z↑，T↑，r=-(T2-T1)/(Z2-Z1)<0，负值，平流层，电离层。
大气中的温度层结又四种类型：
(1)气温随高度增加而递减，即 >rd，称为正常分布层结或递减层结；
(2)气温直减率等于或近似等于干绝热直减率，即=rd ，称为中性层结；
(3)气温不随高度变化，即 ＝0，称为等温层结；
(4)气温随高度增加而增加，即 <0，称为气温逆转，简称逆温。
(三).稳定度
污染物在大气中的扩散与大气稳定度有密切的关系。
1.大气稳定度的概念
大气稳定度是指在垂直方向上大气稳定的程度，即是否易于发生对流。对于大气稳定度可以作这样的理解，如果一空气块由于某种原因受到外力的作用产生了上升或下降运动后，可能发生三种情况：(1)当外力去除后，气块就减速并有返回原来高度的趋势，则称这种大气是稳定的；(2)当外力去除后，气块加速上升或下降，称这种大气是不稳定的；(3)当外力去除后，气块被外力推到哪里就停到哪里或作等速运动，称这种大气是中性的。
2.大气稳定度的判别
根据牛顿第二定律和准静力条件和理想气体状态方程得
(-rd) 符号决定了气块加速度与其位移的方向是否一致，也就决定了大气是否稳定。稳定条件常出现在晴天日落后至翌日日出前；中性常出现在阴天和大风时；不稳定条件常出现在晴天中午。
(四)逆温
<rd<0，z↑，T↑．逆温层是一种强稳定大气层，又称阻挡层，某一高度上的逆温层像一个盖子一样阻碍着气流的垂直运动。由于微软的空气不能穿过逆温层，而只能在其下面积聚或扩散，所以可能造成严重污染。空气污染事件多数发生在有逆温层和静风条件下，因此对逆温应予以足够重视。
(1)逆温层的定义
大气温度层结一般是>0，即气温随高度增加是递减的。但在特定条件下也会发生 ＝0或<0的现象，即气温随高度增加而不变或增加。一般将气温随高度增加而增加的气层称为逆温层。 逆温可发生在近地层中，也可能发生在较高气层（自由大气）中。
(2)逆温的分类
根据逆温生成的过程，可将逆温分为辐射逆温、下沉逆温、平流逆温、锋面逆温及湍流逆温等五种。
（五）烟流形状与大气稳定度的关系
烟流扩散的形状与大气稳定度有密切的关系，大气稳定度不同，高架点源烟流扩散形状和特点不同，造成的污染状况差别很大。共有五种典型的烟流形状。
（1）波浪型（翻卷型） 点击打开图像
特点：烟云上下摆动很大。
大气状况：r>0,r>rd,大气处于不稳定状态，对流强烈。
发生条件：多出现于太阳光较强的晴朗中午。
与湍流的关系：伴随较强的热扩散。微风。
地面污染状况：由于扩散速度快，靠近污染源地区污染物落地浓度高，对附近居民有害，一般不会造成烟雾事件。
（2）锥形 （3）扇型 （4）爬升型 （5）漫烟型
（2）锥形
特点：烟云离开排放口一定距离后，云轴仍基本保持水平，外形似一个椭圆锥。烟云比波浪型规则，扩散能力比它弱。
大气状况：r>0,r=rd,大气处于中性和弱稳定状态。
发生条件：多出现于多云或阴天的白天，强风的夜晚或冬季夜间。
与湍流的关系：高空风较大，扩散主要靠热和动力因子的作用。
地面污染状况：污染物输送得较远。
(3)扇型（长带型）
特点： 烟云再垂直方向上扩散速度很小，再水平方向有缓慢扩散。
大气状况： r<0,r<rd,出现逆温层，大气处于稳定状态。
发生条件：多出现于弱晴朗的夜晚和早晨。
与湍流的关系：微风，几乎无湍流发生。
地面污染状况：污染物可传送到较远的地方，遇山或高大建筑物阻挡时，污染物不易扩散，在逆温层的污染物浓度较大。
(4)爬升型（上扬型）
特点：烟云的下侧边缘清晰，呈平直状，而其上部出现湍流扩散。
大气状况：排出口上方，r>0,r>rd，大气处于不稳定状态；排出口下方，r<0,r<rd，大气处于稳定状态。
发生条件：多出现日落后，因地面有辐射逆温，大气稳定。高空受冷空气影响，大气不稳定。
与湍流的关系：排出口上方有微风，伴有湍流；排出口下方，几乎无风，无湍流。
地面污染状况：如烟囱高度处于不稳定层时，烟气中的污染物不向下扩散，只向上方扩散，这种烟型对地面影响较轻。
(5)漫烟型（熏烟型）
特点：与爬升型相反，烟云的上侧边缘清晰，呈平直状，而其下部出现较强的湍流扩散，烟云上方有逆温层，从烟囱排出的烟云上升到一定程度就受到逆温层的控制。
大气状况：排出口上方，r<0,r<rd，大气处于稳定状态；排出口下方，r>0,r>rd，大气处于不稳定状态。
发生条件：日出后，地面低层空气被日照加热使逆温自下而上逐渐破坏，但上部仍保持逆温。
与湍流的关系：烟云的下部有明显的热扩散，烟云的上部热扩散很弱，风在烟云之间流动。
地面污染状况：当烟囱高度不能超过上部稳定气层时，烟云就好像被盖子盖住，只能向下部扩散，象熏烟一样直扑地面。在污染源附近污染物的浓度很高，地面污染严重，这是最不利于扩散和稀释的气象条件。
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时间：2023-10-08 17:46
风就是水平运动的空气，空气产生运动，主要是由于地球上各纬度所接受的太阳辐射强度不同而形成的。在赤道和低纬度地区，太阳高度角大，日照时间长，太阳辐射强度强，地面和大气接受的热量多、温度较高；再高纬度地区太阳高度角小，日照时间短，地面和大气接受的热量小，温度低。这种高纬度与低纬度之间的温度差异，形成了南北之间的气压梯度，使空气作水平运动，风应沿水平气压梯度方向吹，即垂直与等压线从高压向低压吹。
地球在自转，使空气水平运动发生偏向的力，称为地转偏向力，这种力使北半球气流向右偏转，南半球向右偏转，所以地球大气运动除受气压梯度力外，还要受地转偏向里的影响。大气真实运动是这两力综合影响的结果。
实际上，地面风不仅受这两个力的支配，而且在很大程度上受海洋、地形的影响，山隘和海峡能改变气流运动的方向，还能使风速增大，而丘陵、山地却磨擦大使风速减少，孤立山峰却因海拔高使风速增大。因此，风向和风速的时空分布较为复杂。
在有海陆差异对气流运动的影响，在冬季，*比海洋冷，*气压比海洋高风从*吹向海洋。夏季相反，*比海洋热，风从海洋吹向内陆。这种随季节转换的风，我们称为季风。所谓的海陆风也是白昼时，*上的气流受热膨胀上升至高空流向海洋，到海洋上空冷却下沉，在近地层海洋上的气流吹向*，补偿*的上升气流，低层风从海洋吹向*称为海风，夜间（冬季）时，情况相反，低层风从*吹向海洋，称为陆风。
在山区由于热力原因引起的白天由谷地吹向平原或山坡，夜间由平原或山坡吹向，前者称为谷风，后者称为山风。这是由于白天山坡受热快，温度温度高于山谷上方同高度的空气温度，坡地上的暖空气从山坡流向谷地上方，谷地的空气则沿着山坡向上补充流失的空气，这时由山谷吹向山坡的风，称为谷风。夜间，山坡因辐射冷却，其降温速度比同高度的空气交快，冷空气沿坡地向下流入山谷，称为山风。
此外，不同的下垫面对风也有影响，如城市、森林、冰雪覆盖地区等都有相应的影响。光滑地面或摩擦小的地面使风速增大，粗糙地面使风速减小等。
参考资料：下关风形成之原因
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时间：2023-10-08 17:46
